Вдосконалення  керуючої системи верстатів з ЧПУ

Озіран, Марк Вікторович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8629

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Базіло, Костянтин Вікторович	-
dc.contributor.author	Озіран, Марк Вікторович	-
dc.date.accessioned	2026-03-15T17:03:23Z	-
dc.date.available	2026-03-15T17:03:23Z	-
dc.date.issued	2022-06-20	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8629	-
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.title	Вдосконалення керуючої системи верстатів з ЧПУ	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	151 Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології (Робототехнічні системи та автоматизація)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
КРБ Озіран М.pdf Restricted Access	КРБ Озіран М.	1.19 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

Зміст

Стор
Технічне завдання…………………………………………………………. 2
Вступ……………………………………………………………………….. 5
1 Огляд відомих методів і засобів вимірювання на основі існуючих
аналогів………………………………………………………………… 7
1.1 Оптоізольований контроллер керування 4-ма виконавчими
двигунами (ВД) у верстатах з ЧПУ через порт LPT, PLC001 8
1.2 Контролер виконавчих двигунів для верстата ЧПУ (LPT, 4 осі
35В/2.5A, напівкрок) PLC002-BOX 10
1.3 Інтерфейсний модуль – драйвер ВД PLM002 12
2 Обґрунтування технічного завдання…………………………………... 16
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми приладу 18
3.1 Розробка структурної схеми приладу……………………………….. 18
3.2 Розробка принципової схеми приладу………………………………. 21
4 Розрахунок основних елементів схем та вузлів ультразвукового
вимірювача відстаней……………………………………………………………... 28
4.1 Класифікація методів конструювання друкованих плат. Вимоги до
конструювання друкованих плат…………………………………………………. 28
4.2 Розрахунок перехресних перешкод в лініях зв'язку……………...…. 30
4.3 Розрахунок плати друкованого монтажу…………………………….. 32
4.4 Розрахунок друкованої плати на віброміцність……………………. 34
4.5 Оцінка надійності……………………………………………………... 38
4.6 Оцінка точності………………………………………………………... 42
5 Технологічний розділ…………………………………………………… 43

СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ
Змн Лист № докум. Підпис Дата

Розроб Озіран М.В. Літ. Арк. Аркушів
Перевір Базіло К.В. Вдосконалення керуючої 3
Т. контр. Базіло К.В. системи верстатів з ЧПУ
Н. Контр. Тичков В.В. Пояснювальна записка ЧДТУ
Затв.

5.1 Призначення друкованої плати системи позиціонування
сервоприводом..……………………………………………………… 43
5.2 Аналіз елементної бази вузла…………………………………….…... 43
5.3 Обґрунтування вибору варіанта технологічного процесу…………... 44
5.4 Загальні вимоги до монтажу……………..…………………………… 46
5.5 Загальні вимоги на пайки…………………………..………………….. 46
5.6 Зальні вимоги до технологічного контролю…….……………………... 48
5.7 Загальні вимоги до складання…………………………………………… 49
5.8 Нормування монтажних робіт……………………………………… 50
6 Економічний розділ…………………………………………………… 53
6.1 Організація робіт з розробки системи управління сервоприводу... 53
6.2 Визначення вартості системи управління сервоприводу…………. 56
6.3 Нормування праці…………………………………………………… 58
6.4 Розрахунок допоміжних витрат…………………………………….. 60
6.5 Розрахунок собівартості виготовлення системи управління
сервоприводу……………………………………………………………………. 61
7 Охорона праці…………………………………………………………. 65
7.1 Аналіз умов праці, шкідливих та небезпечних факторів, які
діють на дослідника, який працює в лабораторії……………………………… 65
7.2 Розрахунок системи захисного заземлення……………………….. 68
Висновок…………………………………………………………………. 83 78
Література………………………………………………………………... 84 79
Додаток А Відомість технічного проекту………………….………... 87 81
Додаток Б Перелік нормативних документів………………………... 88
Додаток В Специфікація і переліки документів…………………….. 89
Додаток Г Розрахунок надійності на ЕОМ………………………….. 91
Додаток Д Карти технологічного процесу…………………………… 100
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 4
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Вступ

Зростаючі вимоги до продуктивності технологічного устаткування і якості
готової продукції стимулюють активне впровадження сервоприводів в
машинобудуванні. Їх використання дозволяє реалізовувати високоточне
регулювання швидкості обертання валу і моменту, що крутить, а також
здійснювати точне позиціонування з високою повторюваністю рухливих
елементів машин. Залежно від модифікації сервоприводи працюють або під
управлінням зовнішнього контролера позиціонування, або мають вбудовану
функцію управління позиціонуванням. На відміну від систем, що використовують
перетворювачі частоти, сервоприводи володіють набагато вищою точністю
регулювання, вони здатні працювати в широкому діапазоні швидкостей і
забезпечувати синхронізацію швидкості обертання декількох валів. Підтримка
постійної швидкості в широкому діапазоні навантажень, динамічне управління
положенням і швидкістю валу, є їх важливими перевагами перед іншими типами
приводів постійного і змінного струму.
Сервоприводи володіють широкими функціональними і комунікаційними
можливостями, що дозволяє легко адаптувати їх до будь-якого сучасного
виробничого процесу. Будучи програмованими, вони можуть швидко змінювати
режим роботи, підвищуючи економічну ефективність виробництва. Розвинена
система діагностики розширює можливості контролю над виробничим процесом і
станом машин. При цьому підвищується ефективність сервісного обслуговування
технологічного устаткування, що дає можливість на ранніх стадіях виявляти
потенційні неполадки.
Величезну роль в сучасних технологічних процесах також грають системи
управління позиціонуванням механізмів і рухливих частин технологічного
устаткування. Для побудови подібних систем, як і в переважному числі інших
областей, все частіше використовуються РС-сумістні комп'ютери. Якщо раніше
для подібних завдань застосовували контролери, повністю інтегровані в
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 5
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

устаткування установки, то сьогоднішні реалії - використання автономних
контролерів, здатних працювати від комп'ютера.
Подібні адаптери призначені для управління кроковими двигунами,
приводами (перш за все сервоприводами). Вони дозволяють відстежувати
переміщення валу двигуна і видавати команди безпосереднього управління по
декількох координатах. При цьому можлива робота в декількох різних режимах:
• емуляція переміщення
• пряме командне управління
• управління в режимі зворотного зв'язку.
В дипломній роботі проводиться модернізація модуля управління
сервоприводу позиціонування станків з ЧПУ.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 6
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

1 Огляд відомих методів і засобів вимірювання на основі існуючих
аналогів

Для реалізації точного управління виконавчими сервоприводами в
контексті оброблювальних центрів із застосуванням комплексів ЧПУ, на
сьогоднішній день в промисловості застосовуються різноманітні технічні
рішення, відмінні одне від одного як ідеологією виконання, так і конкретними
технічними параметрами. Зокрема, на сьогоднішній день для збільшення точності
позиціонування робочих виконавчих механізмів на підприємствах Росії і України
застосовуються рішення, засновані на включенні в схему керування додаткових
модулів (контролерів). Розглянемо найбільш часто застосовувані моделі, їх базові
технологічні і експлуатаційні характеристики[1]:

Таблиця 1.1 – Базові техніко-економічні показники використовуваних
систем
Назва Опис Вартість
PLС545 Закінчений контролер виконавчих двигунів на вартість модуля -
4 осі (5А/45В) для побудови ЧПУ верстата. 9000 у.о.
Сумісний з Mach, TurboCNC і ін.
Підключення LPT, 3 реле, мікрокрок, джерело
живлення, опто-входи, буферизація LPT-
порту
PLС002-BOX Контроллер ВД для верстата ЧПУ на 3 осі вартість модуля -
(35В/2.5A, напівкрок). Живлення - 14100 у.о.
220В/200Вт. Сумісний з Mach, TurboCNC та
ін. Підключення до LPT, 2 керованих реле.
Оптоізольовані входи, буферизація LPT-
порту.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 7
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Продовження таблиці 1.1
PLС001 Контроллер крокових двигунів на 4 осі вартість
для побудови ЧПУ верстата. Сумісний з модуля - 1050 у.о
KCam4, Ninos, Mach2, Jala CNC, TurboCNC і
ін. Підключення до LPT, 2 керованих реле.
Оптоізольовані входи, буферизація LPT-поту.
Закінчений драйвер і контроллер ВД вартість
PLС002 на 4 осі (35В/2.5А) для побудови ЧПУ модуля - 4270 у.о.
верстата. Сумісний з KCam, Mach, TurboCNC
та ін. Підключення LPT, 2 реле.
Оптоізольовані входи, буферизація LPT-
порту.
PLС003 Контролер ВД. РКС дисплей, 4 вартість
оптовходи, 2 керованих реле, енкодер (ручне модуля - 2450 у.о.
керування двигуном), 8 кнопок, зв'язок з ПК
по COM/USB-порту. Доступно багато
алгоритмів роботи.

Розглянемо деякі з наведених вище систем більш детально.

1.1 Оптоізольований контроллер керування 4-ма виконавчими
двигунами (ВД) у верстатах з ЧПУ через порт LPT, PLC001
Технічні характеристики[1]:
1. Напруга живлення 12В
2. Струм живлення до 150 мА
3. Струм кожного вихідного контакту до 30мА
4. Число драйверів ід до 4-х
5. Розміри ПП 80x50 мм
Апаратна конфігурація:
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 8
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

1. Вбудоване джерело-перетворювач +5В;
2. Роз’єми типу RG-45 (тип 8P8C) для підключення 4-х драйверів ВД;
3. Клемні оптоізольовані входи для підключення 4-х кінцевих вимикачів
осей верстата (HOME Axis1, Axis2, Axis3, Axis4 або E-Stop);
4. Всі вихідні сигнали ENABLE(x), STEP(x), DIR(x) буферизировані по
струму;
5. Два реле 10А/220В (тип 1С-С) для керування додатковими
пристроями (шпінделя, насоса охолоджуючої рідини або електровентилятора).
Контролер PLM001 призначений для створення електронної системи
керування верстатом ЧПУ на базі IBM PC (рис.2). Контролер сумісний практично
з будь-яким програмним забезпеченням (KCam4, Master5, Ninos, Mach1, Mach2,
JalaCNC, TurboCNC і іншими аналогічними, працюючими з LPT портом).
Контролер дозволяє керувати максимум 4-мя осями верстата і має 2 керованих
реле для підключення зовнішніх високовольтних сильноточних навантажень
через клемні роз’єми.
Контролер забезпечує повну гальванічну розв’язку між портом PC і
електронним устаткуванням верстата, для запобігання виходу з ладу PC.
Опторозв’язка клем вхідних сигналів HOME Axis1, Axis2, Axis3, Axis4 і E-Stop
виконана за схемою, наведеною на рис.1, на оптопарах типу TLP521-1/2/4.
Опторозв’язка вихідних сигналів ENABLE(x), STEP(x), DIR(x) здійснюється за
допомогою оптопар, вбудованих в конкретний драйвер ВД. Всі вихідні сигнали,
що поступають з LPT порту PC, проходять через токопідсилювальний буферний
елемент (струм кожного контакту посилений до рівня 30мА). За рахунок такої
побудови, контролер сумісний зі всіма LPT портами і запобігає защипуванню
порту від перевантаження по струму[1].
Підключення драйверів ВД здійснюється через роз’єми тапа RG-45 (тип
8P8C). Така побудова забезпечує надійне, просте з’єднання і захист від перешкод
(за рахунок використовування витої пари). Користувач за допомогою
стандартного інструменту та недорогих витратних матеріалів зможе швидко,
оптимально і якісно розкласти проводку верстата ЧПУ.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 9
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.1 – Схема опторозв’язки вхідних клем

Рисунок 1.2 – Блок-схема контролера PLC001

1.2 Контролер виконавчих двигунів для верстата ЧПУ (LPT, 4 осі
35В/2.5A, напівкрок) PLC002-BOX
Технічні характеристики[2]:
1. Напруга живлення - 180 В - 260 В АС
2. Споживана потужність - до 200 Вт
3. Кількість осей керування ВД - 4 шт.
4. Кількість сильноточних реле - 2 шт.
5. Габаритні розміри - 220х170х150 мм
6. Вага - 3 кг
Можливості:
1. Якісне виконання, якісні комплектуючі, якісний корпус з негорючого
термостійкого пластика.
2. Зручні роз’єми і клеми підключення контролера до ПК, до мережі
змінного струму виконавчих двигунів, навантажень реле і кінцевих вимикачів;
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 10
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

3. Робота з будь-якими уніполярними/біполярними ВД (4, 6, 8 виводів)
типу ДШИ200-x-x, FL42, FL57, FL86 і багатьма іншими.
4. Керування 4-ма осями ВД з параметрами 27В/2.5А (крок/напівкрок,
режим AUTO-SLEEP);
5. Керування 2-ма сильноточними реле 10А/220В для контролю
зовнішніх пристроїв (шпінделя, насоса охолоджуючої рідини або
електровентилятора);
6. Наявність оптоізольованих входів для підключення 3-х кінцевих
вимикачів контролю положень осей верстата (HOME Axis1, Axis2, Axis3);
7. Кнопка екстреної зупинки E-STOP на блоці;
8. Вибір швидкостей розряду обмоток ВД SlowDecay/FastDecay;
9. Регулювання струму обмотки кожного ВД;
10. Буферизация по струму, оптоізоляція всіх керівних пінів порту LPT;
11. Комплект поставки: контролер PLC002-BOX, шнур живлення,
подовжувач LPT (25M/25F).
Контролер PLС002-BOX є закінченою системою ЧПУ, що дозволяє
керувати ЧПУ верстатом від PC. Контролер сумісний практично з будь-яким
програмним забезпеченням (KCam4, Master5, Ninos, Mach1, Mach2, JalaCNC,
TurboCNC і іншими аналогічними, працюючими з LPT портом). Контролер
дозволяє управляти 3-ма осями верстата і має 2 керованих реле для підключення
зовнішніх високовольтних навантажень через клемні роз’єми[2].
Контролер забезпечує повну гальванічну розв’язку між портом LPT ПК і
електронним устаткуванням верстата, для запобігання виходу з ладу ПК.
Всі вихідні сигнали, що поступають з LPT порту PC, проходять через
токопідсилювальний буферний елемент (струм кожного контакту посилений до
рівня 30мА). За рахунок такої побудови, контролер сумісний зі всіма LPT портами
і запобігає защипуванню порту від перевантаження по струму. Силові частини
контролера після 2 секунд простою (відсутність сигналу STEP) автоматично
переходять в режим утримання ротора ВД струмом біля 300мА (режим
AUTOSLEEP).
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 11
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Фізично, контролер PLС002-BOX виконаний на базі контролера PLC002,
комутатора живлення PLZ002, джерела живлення S-150-27 і джерел живлення
S-15-12.

Рисунок 1.3 – Схеми підключення ВД

1.3 Інтерфейсний модуль – драйвер ВД PLM002
Технічні характеристики[3-5]:
1. Діапазон робочих напруг - +5В – +3.3В
2. Струм споживання - 30мА МАХ
3. Інтерфес - UART (COM порт / USB)
4. Розміри - ПП 30x15 мм
Апаратна конфігурація:
1. Інтерфейс UART (COM порт) або USB (використовуючи переходник
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 12
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

PLZ001 COM<>USB);
2. Мікроконтролер керування (UART, 7bit порт, генератор тактового
імпульсу, EEPROM 24 рядка).
Цей набір є комплексною системою, призначеною для керування будь-
яким силовим драйвером ВД за допомогою PC через COM або USB порт.
Для цього використовується програма Step Motor Control (SMC) +
зовнішній модуль PLM002.
Також контролер може функціонувати самостійно, без PC, за зарані
введеною програмою. Програмування здійснюється через інтерфейс програми
SMC. Програма зберігається в енергозалежній пам’яті контролера (EEPROM).
Програмна частина SMC запускається на PC в середовищі Win2000/XP і дозволяє
на простій мові описувати алгоритм повороту ротора ВД. Програмується число
кроків, швидкість обертання ротора в PPS, напрям обертання CW/ССW,
коефіцієнт розподіл кроку, включення/виключення силового драйвера[3-5].
Апаратна частина підключається до будь-якого вільного COM/USB порту
PC і до силового драйвера ВД (стандартні входи STEP, DIR, EN/DIS, коефіцієнт
розподілу). Протокол обміну PC з контролером є простим і відкритим, тому, у
випадку необхідності, програмісту не складе труднощів вбудувати керування в
своє програмне середовище.
В набір входить плата модуля PLM002 і плата перехідника. Користувач
може підключати драйвер ВД безпосередньо до плати модуля PLM002 (10-ти
контактний штирьовий роз’єм), або використовуючи перехідник. Перехідник
дозволяє використовувати стандартний 4х витопарний кабель і роз’єм типу RG-45
для підключення до драйвера ВД. Це знизить на порядок рівень впливу
електромагнітних перешкод на сигнали керування. Окрім цього на перехіднику
для зручності розташовані гвинтові клемні затискачі для підключення напруги
живлення[3-5].
Проте, розглянуті варіанти, пов’язані з включенням в схему верстатів з
ЧПУ вказаних вище контролерів мають ряд істотних недоліків, а саме:
1. Усі розглянуті контролери – іноземного виробництва, звідси –
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 13
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

необхідне узгодження електротехнічних параметрів системи і контролера, з
метою уникнення виходу з ладу електронних компонент внаслідок неузгодження
рівнів електричних сигналів.

Рисунок 1.4 – Розташування контактів на платні модуля PLM002
Всі розглянуті вище контролери мають достатньо високу ринкову
вартість,що в умовах нинішнього становища є вирішальним фактором.
Але, безумовно, головним недоліком розглянутих вище функціональних
аналогів є те, що всі вони, без виключення призначені для включення в систему,
базовим управляючим елементом якої є персональний комп’ютер.
В сучасних же умовах більш ніж на половину зношеного парку верстатів з
ЧПУ, котрі маються у розпорядженні підприємств України та всього
пострадянського простору, як найважливіша задача постає визначення точності і
швидкості позиціонування робочих виконавчих механізмів, оскільки саме ці
чинники визначають якість виробів, що випускаються, через точне дотримання
розмірів і мінімізацію часових витрат.
Більш того, в умовах недостатності фінансових ресурсів, необхідних для
кардинального оновлення верстатного парку, а отже, неминучості
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 14
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

використовування фізично і морально застарілих систем ЧПУ, можливість
використовування розглянутих вище контролерів є проблематичною, внаслідок
складності, а подеколи, і принципової неможливості їх адаптації до існуючих
керуючих систем верстатів з ЧПУ.
Враховуючи викладене вище, економічно і технічно обґрунтованим
рішення проблеми є поліпшення показників точності і швидкості позиціонування
робочих виконавчих механізмів верстатів з ЧПУ шляхом розробки автономного
пристрою, який би, використовуючи уніфіковані елементи діючих керуючих
систем, дозволив би шляхом включення в базову керуючу систему, впливати на
виконавчі приводи, змушуючи останні компенсувати наявні, оцінені модулем
керування сервоприводом (МКСП) неточності (погрішності) позиціонування[3-5].

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 15
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

2 Обґрунтування технічного завдання

Враховуючи реальну швидкодію та зношеність існуючих систем ЧПК
принципово неможливо довантажити їх додатковими спеціальними функціями,
які змогли б кардинально вплинути на точність позиціонування робочих органів
верстатів та швидкість такого позиціонування.
Проте, за рахунок введення МКСП, можливе вирішення наступних
проблем:
– забезпечення можливості поточної індикації стану керованої системи
за рахунок автоматичного контролю з боку МКСП;
– отримання сигналу аварії в системі керування вищого рівня, й,
відповідно, реалізація підпрограми збереження стану системи в
енергонезалежному ОЗП з наступною безпечною зупинкою всього технологічного
комплексу;
– протягом близько 20 мс МКСП перебуватиме в автономному режимі,
виконуючи завдання, отримане від керуючої системи верхнього рівня, що суттєво
знижує навантаження на останню, усуваючи її на цей час від керування
приводами верстату.
Виходячи з викладеного вище, в існуючому промисловому верстатному
обладнанні МКСП повинен встановлюється в базову уніфіковану конструкцію
(БУК), розміри якої приведені в узгодження з розмірами плат, що регламентовані
ГОСТ 26.202-81. Розміри власне плати становлять 0,2340,1600,025 м.
Для встановлення та вилучення плати в БУК повинні бути передбачені
пластмасові спрямовуючі, а на лицьовій панелі – дві ручки. Панель, ручки,
колодки та інші конструкції повинні бути уніфіковані.
Для встановлення елементів зовнішньої індикації та регулювання повинні
бути передбачені отвори, тобто уніфіковану конструкцію потрібно відповідно
доопрацьовувати.
Таким чином, елементи схеми повинні розміщуватися на платі,
виготовленій із склотекстоліту СФ2-35-1,5. Плата має бути двохсторонньою,
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 16
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

оскільки це забезпечить її ремонтопридатність.
Основними завданнями при розробці конструкції МКСП повинні бути:
– економія поверхні плати;
– зниження втрат при подачі живлення.
Крім того, повинні бути забезпечені зручність сполучення плати МКСП із
іншими вузлами системи керування та виключення можливого вигину тіла плати
й пов’язаною з цим нестиковкою гнізд роз’єма сполучення з вилками плати.
Щодо інших вимог, то, виходячи з постановки задачі – створення даного
пристрою на вітчизняній елементній базі, – то вони мають бути наступні:
– основні технічні параметри:
1. Габаритні розміри, мм – 261,8184,424,5;
2. Маса, кг – не більше 0,340;
3. Допустимі відхилення напруги живлення, В – (5,00  0,25) В та (24  2) В;
4. Струм споживання по контуру:
(5,00  0,25) В, А – не більше 1,5;
(24  2) В, А – не більше 0,022.
– основні експлуатаційні параметри:
1. Робоча температура (при ввімкненому обладнанні) від 278 до 313ºК
(+5  +40ºС);
2. Гранична температура (при вимкненому обладнанні) від 213 до 323ºК
(–60  +50ºС);
3. Відносна вологість повітря до 80% при температурі 303ºК (+30ºС);
4. Атмосферний тиск не нижче 50 кПа (450 мм рт. ст.).
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 17
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

3 Розробка структурної та електричної принципової схеми приладу

3.1 Розробка структурної схеми приладу
До складу МКСП (структурна схема наведена на рисунку 3.1) входять
наступні функціональні елементи:
1. Вузол сполучення каналу інтерфейсу зв’язку з зовнішніми пристроями
(ВСК ІЗЗП), структурна схема якого наведена на рисунку 3.2, призначений для
узгодження входу МКСП із інтерфейсом ІЗЗП, до складу якого входять:
1) ДША – дешифратор адреси, необхідний для однозначного вибору
конкретного МКСП в умовах колективного управління всіма сервоприводами
багатокоординатної системи;
2) ДШО – дешифратор операцій, який забезпечує управління вводом-
виводом інформації;
3) ДШК – дешифратор команд, який ініціює виконавчі елементи вузла
зовнішнього (наприклад, мікропрограмного) керування спеціальними режимами і
блокуваннями (ВМПУ СРБ) при видачі кодів команд керуючої системи на весь
блок МКСП в цілому;
4) ШФІ – шинні формувачі-інвертори, які забезпечують буферизацію
шини даних ІЗЗП та одночасно є їх прийомо-передатчиками;
Команди надходять у ВСК через приймачі команд.
2. Буферний регістр завдання (БРЗ), який призначений для приймання та
збереження коду чергового завдання z{U,τ}, що видається системою загального
керування на МКСП.
3. Перетворювач коду завдання (ПКЗ), який забезпечує перетворення коду
чергового завдання в частоту, яка, в залежності від старшого (знакового) розряду,
подається на підсумовуючий (+1) або віднімаючий (–1) вхід цифрового елемента
порівняння (ЦЕП) через комутатори напрямку.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 18
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.1 – Структурна схема МКСП
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 19
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.2 – Структурна схема ВСКІЗЗП
Таким чином, отримується перетворення паралельного коду завдання
z{U,τ} в послідовний рівномірно розподілений по кванту часу τ число-імпульсний
код z(t).

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 20
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

3.2 Розробка принципової схеми приладу
Функціональною особливістю ПКЗ є спроможність його роботи лише з
прямим кодом на вході, що зумовлює необхідність передачі чергового завдання
на МКСП саме в прямому коді з використанням окремого знакового розряду.
1. Вузол нормування сигналів датчиків зворотного зв’язку (ВНСДЗЗ),
призначений для приймання й формування сигналів інкрементних датчиків
положення Х*(t) з метою нормалізації та синхронної видачі на ЦЕП інкрементів
Х(t) зміни положення керованої системи рухливості.
До складу ВНСДЗЗ входять:
– приймачі сигналів «COS», «SIN»;
– формувач імпульсів сигналів зворотного зв’язку (включення по схемі
зсувного регістру). Комутатор, в залежності від розпайки відповідних перемичок
формує на одному з виходів «0», а на другому – від 1-го до 4-ох імпульсів за
період сигналів «SIN», «COS» (по фронтах цих сигналів). Зсув стробується
сигналами тактової послідовності СС2.
2. Вузол мікропрограмного керування спеціальними режимами та
блокуванням (ВМКСРБ), призначений для розпізнавання нерегулярного стану
керованого приводу та блокування його переміщення в такому стані, виключення
команд керування та виконання алгоритму виводу механізму керованого
сервопривода у вихідне положення – початкову позицію (ПП).
Нерегулярними вважаються стани виходу механізму керованого
сервопривода на кінцеві вимикачі (сигнал «ПРЗ» – початок робочої зони) при
заданому напрямку переміщення механізму за межі робочої зони.
ВМПУСРБ, розпізнавши нерегулярний стан, блокує подальше
переміщення і формує сигнал «АВАРІЯ», що видається на лінію ЗПР1 ІЗЗП
(переривання по аварійній зупинці).
Керуюча система здійснює обробку переривання ЗПР1 та ідентифікує
причину виникнення цього сигналу, після чого здійснює коригування чергового
завдання й деблокує переміщення.
По закінченні виконання будь-якої команди ВМПУСРБ інформує керуючу
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 21
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

систему встановленням сигналу «ГОТОВ», що виставляється на лінію ЗПР2.
До складу ВМПУСРБ входять тригери «READY»; «NUL»; «IN/OUT» та
дешифратор режимів обнулення.
ВМПУСРБ розрізняє три команди, котрі використовуються на виході
блоку курування сервоприводом (БКСП), а саме:
1) ЗСК – загальне скидання – команда, котра приводить внутрішні
модулі БКСП у вихідний стан.
2) СТАРТ – команда, що ініціює МКСП на виконання чергового
завдання. Виконання завдання являє собою запуск перетворення кадру завдання
та передачі його на ЦЕП.
3) ОБНУЛЕННЯ – команда, що переводить БКСП в особливий режим
керування. ВМПУСРБ, прийнявши команду обнуління, запускає автомат
обнулення, котрий виконує відповідний алгоритм, наведений на рисунку 3.3.
Про закінчення виконання будь-якої команди ВМПКСРБ інформує
керуючу систему за допомогою умовного сигналу «ГОТОВНІСТЬ», котрий
виноситься на лінію ЗПР1.
ПРЗ – сигнал кінцевого вимикача початку робочої зони.
3. Вузол налаштування коефіцієнта підсилення (ВНКП) призначений для
формування коефіцієнта підсилення, пропорційного величині чергового коду
завдання, а саме:
n
K (Z ) = Kmax − Z
У У  d  K , (3.1)
8 − 1 i
i = 1
де d Z – значення відповідного розряду БРЗ;
8 −1
K – приріст коефіцієнта підсилення для відповідного
i
розряду БРЗ;
Kmax – максимальне значення коефіцієнта підсилення (K
У У).
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 22
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

ПОЧАТОК 1 2
Y(t) = +Y1
ОБНУЛЕН.. = 1 ВT = 1
0
N = 1
ГОТ. = 0
ГОТОВ. = 1
1
0
Y(t) = -Y0
ПРЗ = 1
КІНЕЦЬ
1
0
ПРЗ = 1
Y(t) = 0
1
1 2

Рисунок 3.3 – Блок-схема алгоритму функціонування автомата обнуління:
Y1 – керуючий сигнал, що відповідає маршовій швидкості переміщення
механізму до кінця робочої зони.

N – нормуючий сигнал інкрементного датчика положення.
ВТ – ознака находження керуючого механізму у вихідній точці.
До складу ВНКП входять цифро-аналоговий перетворювач, джерело
опірної напруги з інвертором опірної напруги.
4. Цифровий елемент порівняння (ЦЕП) з логічними схемами, а також
тригер переповнення, призначений для обчислення коду відхилення δ(t) реального
положення механізму від потрібного (заданого) і формування сигналів стану
лічильника неузгодженості.
5. Цифро-аналоговий помножувальний перетворювач відхилення
(ЦАППВ) із ключами, призначений для формування керуючого сигналу, що
подається на сервопривід в залежності від величини коду відхилення:
y( t ) =UU0 zu,,( t ), (3.2)
де y(t) – керуючий сигнал.
Таким чином, керуюча система через рівні проміжки часу τ видає чергове
завдання на вхід МКСП у вигляді цифрового коду потрібного переміщення.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 23
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Перетворювач коду завдання передає на цифровий елемент порівняння відповідне
миттєве значення положення керованого ступеня рухливості. На вхід каналу
зворотного зв’язку надходять інкременти реального приросту керованого ступеня
рухливості та, після нормалізації, передаються на цифровий елемент порівняння,
котрий визначає величину відхилення поточного положення від потрібного
(заданого) в даний момент часу. Цифро-аналоговий перетворювач трансформує
код відхилення в керуючий сигнал – напругу, що надходить безпосередньо на вхід
приводу. Величина сигналу пропорційна величині відхилення та величині
поточного завдання.

Режими роботи МКСП
Робота МКСП передбачає наступні п’ять основних режимів:
1. Прийом даних із каналу.
2. Передача слова стану і коду неузгодженість в канал.
3. Прийом команд із каналу.
4. Робочий цикл.
5. Обнуління.
1. Прийом даних із каналу
При співпадінні коду адреси на шині адреси та коду, який задається
відповідними перемичками, дешифратор адреси встановлює на своєму виході
високий рівень, тобто при цьому дозволяються канальні цикли вводу-виводу, а
прийомо-передавачі переводяться в режим прийому. При наявності канального
сигналу «ВИВІД» (низькій рівень) код завдання, виставлений на шині даних
поступає через прийомо-передавачі в регістр зберігання.
2. Передача слова стану та коду неузгодженість в канал
При наявності канального сигналу «ВВОД» (низький рівень) код з
лічильника неузгодженість через прийомо-передавачі надходить у канал.
Одночасно через відповідні передавачі в канал передається слово стану МКСП, а
саме: переповнення лічильника неузгодженість; початкове позиціонування; стан
датчика ПРЗ. При кожному циклі вводу та виводу логічна схема «АБО» формує
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 24
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

сигнал «ВІДПОВІДЬ», що надходить у канал.
3. Прийом команд із каналу
Наявність канального сигналу «ВИВІД К» (команди) (низькій рівень)
дозволяє роботу дешифратора команд. Команди передаються по 2-ом каналам,
відповідно до таблиці 4.1.

Таблиця 3.1 Кодування команд згідно стану каналів дешифратора
Стан каналу 1 Стан каналу 2 Команда
0 0 Скидання
1 0 Робочий цикл
1 1 Обнулення

4. Робочий цикл
У вихідному положенні тригер «READY» знаходиться у нульовому стані, а
в канал передається запит переривання по готовності «ЗПР2». Після запису коду
завдання в регістр зберігання (цикл «ВИВІД») на відповідних шинах
встановлений код 1, 0 і формується сигнал «ВИВІД К». Команда «РОБОЧИЙ
ЦИКЛ» з виходу дешифратора скидає тригери «NUL», «IN/OUT» та встановлює в
одиничний стан тригер «READY». При цьому знімається запит переривання
«ЗПР2» і лічильник із змінним коефіцієнтом ділення переводиться в режим
рахування. Код завдання, який зберігається в регістрі, визначає коефіцієнт ділення
тактової послідовності СС2, що надходить на вхід лічильника. Вихідні імпульси
лічильника надходять на комутатор напрямку. В залежності від значення
старшого розряду коду завдання комутатор формує сигнал «ZP» або «ZN», який
поступає на вхід «+1» або «–1» лічильника неузгодженість відповідно.
Позиційні сигнали сервопривода «SIN», «COS» через оптоелектронні
розв’язки надходять на селектор фронтів, а з його виходу поступають на
лічильник неузгодженість. Таким чином, на входи «+1», «–1» лічильника
неузгодженість надходять імпульси завдання з лічильника зі змінним
коефіцієнтом ділення та з виходу селектора фронтів. Фронти позиційних
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 25
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

імпульсів та імпульсів завдання рознесені в часі, що виключає можливість
помилкового спрацьовування лічильника неузгодженість.
В залежності від стану старших розрядів лічильника неузгодженість
формуються наступні сигнали:
– «FP» – позитивне форсування;
– «FN» – від’ємне форсування;
– «ASO» – аналоговий сигнал помилки;
– «ПРП» – переповнення лічильника.
Сигнали «FP», «FN», «ASO» поступають на аналоговий комутатор,
викликаючи відповідні зміни аналогового сигналу управління сервоприводом.
Сигнал «ПРП» запам’ятовується тригером, одночасно надходячи на
зовнішню індикацію та в канал, формуючи сигнал запиту на переривання «ЗПР1»
– переривання по аварійній зупинці.
Тривалість одного елементарного робочого циклу відповідає 4096
періодам тактової послідовності СС2, останній із імпульсів якої формує сигнал
переносу лічильника, котрий через логічну схему «І» встановлює тригер
«READY» в нульовий стан. Тим самим в канал передається запит переривання.
5. Обнуління
Після дешифрації команди «ОБНУЛЕННЯ» тригер «READY» і тригер
«NUL» встановлюються в одиничний стан і в лічильник неузгодженість
записується код 0, а дешифратор обнуління формує сигнал «OUT», який
надходить на аналоговий комутатор, й на виході МКСП з’являється напруга
певної величини та певного знаку. При цьому об’єкт управління виходить із
робочої зони й формує сигнал «ПР3», який через приймач-опторозв’язку
встановлює буферний тригер в одиничний стан, який, в свою чергу, встановлює
тригер «IN/OUT» в одиничний стан. Дешифратор режимів обнуління формує
команду «IN», яка надходить на аналоговий комутатор. Напруга на виході МКСП
змінює знак і об’єкт управління починає повертатися в робочу зону.
В момент установки вала двигуна сервопривода в початкове положення
формується сигнал «N», який через тригери встановлені в нульовий стан, формує
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 26
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

на виході логічної схеми «І» логічну одиницю, що, в свою чергу, скидає тригер
«NUL». При цьому дешифратор режимів обнуління формує сигнал «ВТ», який
встановлює в нульовий стан тригер «READY», індикується на зовнішній панелі
МКСП та надходить на спеціальний передавач для передачі по відповідному
розряду каналу.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 27
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

4 Розрахунок основних елементів схем і вузлів системи
позиціонування сервопривода

4.1 Класифікація методів конструювання друкованих плат. Вимоги до
конструювання друкованих плат
Методи виготовлення одно- і двосторонніх ПП, гнучких ПП і гнучких
друкарських кабелів класифікують за принципом і методом здобуття провідного
малюнка і способу формування зображення малюнка Пп.
Відомі наступні методи здобуття провідного малюнка ПП: хімічного
труїть (хімічний); механічного видалення пробільних ділянок із заготівки ПП;
гравірування (фрезерування) плакированной заготівки ПП; адитивний;
напівадитивний (електрохімічний); перенесення; вжигання струмопровідних паст
в термостійку підставу; вакуумної металізації або катодного розпилювання:
шоопування; штампування; металізації за допомогою металевих порошків;
комбіновані[6].
Провідний рисунок ПП можна отримати і іншими методами, зокрема, за
допомогою електрохімічної і електрофізичної обробки плакированного підстави,
шляхом вибуху металевого дроту або впровадження металевих порошків на
поверхню вибуховою хвилею в спеціальних пристроях.
У виробництві ПП широко застосовують наступні способи формування
малюнка: фотографічний; офсетний (друкований); сеткографічний (трафаретному
або сітчастому друку; тиснення (пресування); штампування; ксерографія;
гравірування (фрезерування); малювання.
Конструювання ПП складається з наступних основних етапів: вивчення
технічного завдання на розробку приладу; визначення конфігурації і габаритних
розмірів ПП; визначення раціонального взаємного розташування навісних
елементів на ПП; трасування з'єднань на платі; перевірка провідного малюнка
ПП; розробка нормативних документів[6].
Провідний малюнок ПП, розроблений в результаті трасування з'єднань,
повинен задовольняти наступним вимогам: відповідати принциповій електричній
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 28
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

схемі; всім конструктивним, технологічним і електричним вимогам;
забезпечувати нормальну роботу схеми за відповідних умов експлуатації і
зручність складально-монтажних і регулювальних робіт.
Вимоги до основних розмірів. Вживання плат великих розмірів і складної
геометричної форми не рекомендується із-за малої механічної міцності,
складнощі обробки і головним чином із-за виникнення значного викривлення, що
утворюється в процесі технологічного циклу виготовлення.
Основні розміри і крок координатної сітки повинні відповідати ГОСТ
10317: крок координатної сітки 2,5; 1,25; 0,5 мм; розмір кожної сторони ПП має
бути кратним 2,5 при довжині до 100 мм, 5 при довжині до 350 мм, 10 при
довжині більше 350 мм. Максимальний розмір будь-який із сторін має бути не
більше 470 мм, а допуски на лінійні розміри сторін вибирають згідно СТ СЕВ 144.
Співвідношення лінійних розмірів будь-який сторін повинно бути не більше 3:1.
Відхилення від прямокутності ПП не має бути більше 0,2 мм на 100 мм
довжини[6].
Товщина ОПП визначається товщиною вибраного матеріалу. Товщина
плат 0,5, що рекомендується; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 мм. Граничні відхилення сумарної
товщини ОПП визначається допуском на товщину матеріалу плати і допуском на
товщину гальванічних покриттів.
Вимоги до розташування і розмірів отворів. Центри всіх отворів на ПП,
включаючи кріпильні, повинні розташовуватися у вузлах координатної сітки.
Розміри і конфігурацію кріпильних і інших конструктивних і
технологічних отворів необхідно вибирати по ГОСТ 11257 залежно від вимог до
конструкції і технології виготовлення виробу. Центри цих отворів рекомендується
також по можливості розташовувати у вузлах координатної сітки[6].
Шорсткість поверхонь монтажних не металізованих отворів і торців ПП
повинна відповідати ГОСТ 2759 Rz ( 50, а для металізованих поверхонь Rz ( 40.
Металізовані отвори необхідно виготовляти без зенкерування.
При збільшенні площі контактних майданчиків збільшується якість
паяних з'єднань, зменшується можливість їх відриву від підстави плати як при
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 29
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

виробництві, так і при експлуатації (сила зчеплення фольги з підставою 25 - 30
кг/см2).
Вимоги до розмірів і розташуванні провідників. Важливим параметром
для друкарського провідника є його ширина, яка залежить від допустимої
щільності струму, допустимої температури нагріву при максимально
допустимому струмовому навантаженні, від товщини шаруючи фольги, що
вирішує здібності технологічного устаткування[6].
Унаслідок того, що друкарські провідники мають хороший тепловий
контакт з середовищем і діелектричною підставою, вони витримують значну
велику щільність струму в порівнянню з об'ємними провідниками. Наприклад,
щільність струму миттєвого згорання для друкарського провідника, отриманого
таким, що труїть, складає 60 А/мм2, а для об'ємного мідного провідника - 15
А/мм2. Для найбільш поширених в промисловості фольгованих діелектриків
товщина фольги складає 35 і 50 мкм. При розрахунку відстані між провідниками
необхідно враховувати допустиму напруженість поля, яка рівна 1 кВ/мм.
Для запобігання утворенню залишків припою, рекомендується по
можливості витримувати зазор 1 - 1,5 мм між провідниками, а також між
провідником і контактного майданчика.
При конструюванні ПП можливе використання навісних перемичок в разі
неможливості реалізації зв'язків схеми друкарськими провідниками, але кількість
цих перемичок не повинна перебільшувати 5 % від числа зв'язків.

4.2 Розрахунок перехресних перешкод в лініях зв'язку
Метою розрахунку електромагнітної сумісності є визначення
працездатності системи керування сервоприводом в умовах дії перехресних
перешкод в лініях зв'язку, а також зовнішніх електромагнітних полів.
Схема виникнення перехресних перешкод між сусідніми провідниками
представлена на рисунку 4.1. Вихідними даними є: Е - напруга генератора в
активній лінії зв'язку, В; ( - кругова частота генератора, Гц; R1, R2, R3 - опір
навантаження в активній і пасивній лініях зв'язку, Ом; тип електричного
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 30
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

з'єднання; - відносна діелектрична проникність середовища між провідниками;
( - відстань між провідниками (конструкційні параметри лінії зв'язку приведені в
[1]); перешкодостійкість мікросхем UП [1]; довжина області зв'язку провідників l.

Рисунок 4.1 - Схема виникнення перехресних перешкод
Діелектрична проникність середовища між провідниками, розташованими
на зовнішніх поверхнях плати, покритої лаком[6-10]:
 r = 0.5( П +  Л ) , (4.1)
де і - діелектрична проникність матеріалу плати і лаку (для склотекстоліту = 6,
для лаків УР-231 і ЕП-9114 = 4).
Порядок розрахунку ПП на перешкодостійкість:
1. Визначення взаємної ємності З і індуктивності М ліній зв'язку по
формулах [1] для заданого типа електричного з'єднання.
2. Визначення опору ізоляції між провідниками активної і пасивної
ліній зв'язку. Для провідників, розташованих на одній поверхні ПП[6]:
Ru =  s  /1, (4.2)
де - питомий поверхневий опір підстави ПП (для ПП із склотекстоліту Ом, з
гетинаксу - 109 Ом).
Опір ізоляції між провідниками. Які розташовані в об'ємі МПП на
внутрішніх шарах або на протилежних сторонах ДПП, визначається з
вираження[6]:
Ru = v  h / F , (4.3)
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 31
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

де h - товщина зазору між провідниками, мм;
F - площа проекції одного провідника на іншій, мм2;
 v - питомий об'ємний опір діелектрика підстави ПП (для склотекстоліту,
для гетинаксу ).
3. Визначення напруги перешкоди, що діє, на опорах R2, R3. При
розрахунку перешкодостійкості друкарських вузлів навантаженням пасивної
і активної ліній можна вважати вхідні опори мікросхем. Розрахунок
проводиться по формулі[6]:
E R R R2,3
U 0 2 3
R ,R =  jM . (4.4)
2 3 R + R R
2 3 2 R3 R R
+ е 1
R2 + R3 1+ jCRe
4. Порівняння напруги перешкоди, що діє, в пасивній лінії з
перешкодостійкістю мікросхеми. Якщо >>, то необхідно змінити конструкційні
параметри ПП або електричного монтажу.
У додатку В приведені вихідні дані для розрахунку перешкодостійкості
вибраних мікросхем друкарської плати блоку селективного і результати
розрахунку.

4.3 Розрахунок плати друкованого монтажу
Визначаємо мінімальну ширину друкованого провідника по формулі [10]:
bmin1 = Imax / jдопt = 0,030 / 25∙ 0,035 = 0,034 мм, (4.5)
де Imax — максимальний постійний струм, що протікає в провідниках
(визначається з аналізу електричної схеми), Іmax = 30 мА;
jдоп — припустима щільність струму, вибирається в залежності від методу
виготовлення, jдоп = 25 А/мм2;
t — товщина провідника, t = 0,035 мм.
Обчислюємо мінімальну ширину провідника виходячи з припустимого
падіння напруги на ньому:
bmin2=pImaxl/tUдоп = 0,0175·0,03·0,21/0,035·0,2 = 0,016 мм, (4.6)
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 32
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

де р = 0,0175 Ом/мм - питомий об'ємний опір;
l – максимальна довжина провідника, l = 21 мм;
Uдоп — допустиме падіння напруги, визначається з аналізу електричної
схеми. Допустиме падіння напруги на провідниках не повинне перевищувати 5%
від живлючої напруги для мікросхем і не бути більше запасу перешкодостійкості
мікросхем, Uдоп = 0,2 В
Визначаємо номінальне значення діаметрів монтажних отворів d[10]:
d = dэ + |∆dн.о| + r (4.7)
d = 0,5 + 0,1 + 0,1 = 0,7 мм,
де dэ - максимальний діаметр виводу встановлюваного мікроелементу, dэ = 0,5 мм;
∆dн.о - нижнє граничне відхилення від номінального діаметра монтажного
отвору, ∆dн.о = 0,1 мм;
r - різниця між мінімальним діаметром отвору і максимальним діаметром
виводу мікроелементу, її вибирають у межах 0,1...0,4 мм, r = 0,1 мм.
Розраховані значення d зводять до кращого ряду отворів: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3;
1,5 мм. При цьому варто враховувати, що мінімальний діаметр металізованого
отвору dmin ≥ Hрасчال, де Hрасч1,0 = ,ال мм - розрахункова товщини плати;
.відношення діаметра металізованого отвору до товщини плати - 0,6 = ال
Розраховуємо ефективний діаметр контактних площадок[10]
D1min=2(bm+ dmax/2 + δd + δp), (4.8)
D1min = 2·(0,785 + 0,1/2 + 0,25 + 0,1) = 1,62 мм
де bm = 0,785 мм – мінімальна відстань від краю просвердленого отвору до
краю контактної площадки;
δd = 0,25 мм, δp = 0,1 мм — допуски на розташування отворів і контактних
площадок;
dmax — максимальний діаметр просвердленого отвору, dmax = 0,1 мм
Розраховуємо мінімальний діаметр контактних площадок[10]
Dmin = D1min + 0,03 (4.9)
Dmin = 1,62 + 0,03 = 1,65 мм
Розраховуємо максимальний діаметр контактних площадок
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 33
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Dmах = D1min + 0,05 (4.10)
Dmах = 1,65 + 0,05 = 1,7 мм
Розраховуємо також розміри провідників[10]:
- мінімальну ширину провідника:
bmin = b1min + 0,03 (4.11)
bmin = 0,18 + 0,03 = 0,21 мм
- максимальну ширину провідника:
bmax = bmin + 0,05 (4.12)
bmax = 0,21 + 0,05 = 0,26 мм
Визначаємо мінімальну відстань між двома контактними площадками:
Sтmin = L0 - (Dmах + 2·δp) (4.13)
Sтmin = 2,5 - (1,7 + 2·0,25) = 0,3 мм
Таким чином, параметри друкованого монтажу відповідають вимогам,
пропонованим до плат 3-го класу точності [17].

4.4 Розрахунок друкованої плати на віброміцність
В радіоелектронній і електронно-обчислювальній апаратурі плати
використовуються для розміщення на них інтегральних мікросхем (ІС) і ЕРЕ
різного виду і рівня, і їх комутації між собою, яка звичайно здійснюється з
допомогою печатного монтажу. Як правило, плати – це конструктивно закінчений
функціональний модуль, який називають іноді ячейкою. Каркасний варіант цього
модуля застосовують при підвищених вимогах до віброміцності і вібростійкості, а
також при використанні в модулі двох печатних плат і більше. В каркасних
конструкціях плат основою є металева рама, форми і розміри якої залежать від
конструкції модуля. Плату, на якій розміщують ІС і ЕРЕ, закріплюють на рамі
гвинтами або заклепками. В безкаркасній конструкції основою є друкована плата.
По конструктивному оформленню, в залежності від розміщення на платі ІС
і ЕРЕ, а також від виду електричного монтажу, ДП можуть бути односторонніми,
двохсторонніми або багатошаровими. Багатошарові печатні плати застосовують
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 34
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

при підвищенній щільності компоновки ІС і неможливості виконання коммутації
на одному рівні.
Форму ДП вибирають, як правило, прямокутну . Товщину ДП вибирають із
ряду 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 мм[14].
Для виготовлення ДП використовуються різні матеріали.
Вібрації - коливання з невеликою амплітудою (до 0,1 мм), які виникають за
рахунок неврівноваженості сил інерції і призводять до зниження довговічності та
надійності ЕОМ.
Вплив вібрації залежить від частоти, тривалості і амплітуди коливань. Під
впливом вібрації плата поводить себе як пружня пластина, яка наражається на
руйнування, особливо при резонансі. Таких відмов як обрив провідників,
руйнування паяних з’єднань, порушення контактів у з’днувачах можна уникнути
якщо частоти власних коливань плати та шасі будуть різними. Звичайно
f0 плати=2Fблоку, тобто повинна виконуватися умова « двох октав»- коли частота
власних коливань плати має бути більшою, ніж подвійна частота діапазону
вимушених коливань[14]..
При розрахунку на віброміцність за розрахункову схему також
приймається спрощена модель у вигляді прямокутної пластини з розмірами сторін
ахb постійної товщини h з різними видами закріплення по контуру. При
рівномірному навантаженні ДП по її поверхні ЕРЕ для всіх випадків закріплення
по контуру її власна частота в Гц буде[14].:

1 D
f = K  (4.14)
0 2  M

Так для більшості:
1 K D
f =    ab (4.15)
0 2 a2 M

де D - циліндрична жорсткість;
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 35
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

М- маса плати з елементами; а,в- довжини та ширина плати відповідно;
значення коефіцієнта К обчислюєтся за формулою[14].:

  , (4.16)
K = K   + +
 b2 b4

де коефіцієнти К, , ,  вибираються в залежності від методу закріплення
ДП за таблиці 4.3, в якій a, b - відповідно більший та менший розміри плати.
Значення ціліндричної жорсткості D визначають за формулою[14].:

h3 , (4.17)
D = E 
12(1−2)

де h - товщина ДП, мм,
E - модуль пружності матеріалу плати, МПа,
 - коефіцієнт Пуасона матеріалу ДП.
Тоді при частоті вібраціі Fв та значенні перевантаження n амплітуда А
коливань ДП в мм буде дорівнювати[14].:

n
A=250 (4.18)
Fв2

Допустима амплітуда коливань печатних плат для стаціонарних ЕОМ -
0.11-0.13 мм.
Величина коефіцієнта динамічності, який показує у скільки разів
амплітуда вимушених коливань ДП на частоті F відрізняється від амплітуди на
частоті Fв, дорівнює[14].:

F F
K =((1−( )2)2 +( )2 2)−1/2 , (4.19)
d Fв Fв
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 36
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

де  - показник коливань, які загасають (для склотекстоліту при напругах,
близьких до допустимих, приймають  = 0.06).
Динамічний прогин в геометричному центрі ДП в мм при її збудженні з
частотою F[14].:

 =K A (4.20)
d d

Еквівалентно рівномірно розподілене по ДП динамічне навантаження, в
Н/м2 (Па) [14].:

 D
P = d , (4.21)
d
C1b4

а максимальний розподілений згинальний момент, в Н, викликаний цим
навантаженням[14].:

M =C2P b2 (4.22)
max d

Коефіцієнти С1, С2 залежать від методу закріплення ДП.
При опиранні ДП по контуру для їх визначення використовують формули:

a
C1= 0.00406+0.018lg( ) (4.23)
b

a
C2=0.0479+0.18lg( ) (4.24)
b

При затисненні пластини по контуру використовують формули:
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 37
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

a
C1=0.0012+0.041lg( ) (4.25)
b

a
C2=0.0513+0.108lg( ) (4.26)
b

Максимальне динамічне навантаження згину ДП, в Мпа

6M
 = max (4.27)
max
106 h2

Умова віброміцності ДП має вигляд:


 = −1 , (4.27)
max [N ]

де -1 - границя витривалості матеріалу ДП, БП;
N - допустимий запас міцності.
Результати розрахунку представлені в додатку Г.

4.5 Оцінка надійності
Послідовна система
В системі з послідовною структурою відмова будь-якого компонента
призводить до відмови системи в цілому[17].
Приклад послідовної системи представлений на рисунку 6.1.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 38
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.2 – Послідовна система
Система логічних рівнянь для наведеної вище послідовної системи[17]:

(4.28)

Логічна функція працездатності (рішення системи логічних рівнянь) [17]:

(4.29)

Ймовірність безвідмовної роботи[17]:

(4.30)

У загальному випадку ймовірність безвідмовної роботи системи дорівнює:

(4.31)
Паралельна система
Приклад паралельної системи представлений на рисунку4.3[17].

Рисунок 4.3 – Паралельна система[17]
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 39
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

В системі з паралельною структурою відмова системи в цілому
відбувається тільки при відмові всіх елементів.
Система логічних рівнянь для наведеної послідовної системи[17]:

(4.32)

Логічна функція працездатності (рішення системи логічних рівнянь) [17]:

(4.33)

Ймовірність безвідмовної роботи[17]:

. (4.33)
У загальному випадку ймовірність безвідмовної роботи системи
дорівнює[17]:

(4.35)
Система типу k з n
Імовірність того, що в системі, яка складається з однакових
(равнонадежних) елементів, безвідмовно працюють рівно елементів, може бути
обчислена за формулою[17]:

, (4.36)

де - Ймовірність безвідмовної роботи елемента системи;
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 40
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

- біноміальний коефіцієнт з по .
Імовірність того, що в системі, яка складається з однакових
(равнонадежних) елементів, безвідмовно працюють не менше елементів, може
бути обчислена за формулою[17]:

(4.37)

Імовірність того, що в системі, яка складається з однакових
(равнонадежних) елементів, безвідмовно працюють не менше елементів, може
бути виражена через ймовірності безвідмовної роботи аналогічної системи
меншої розмірності[17]:

(4.38)

В даному випадку розрахунку надійності пристрою доцільніше
підрахувати кількість елементів одного типу та помножити на відсоток їх відмови,
а потім просумувати їх та знайти загальний відсоток відмови пристрою.
Розрахунок на надійність був проведений з використанням ЕОМ [додаток
Г]. Результати розрахунку приведені нижче.
Середній час безвідмовної роботи:
для максимальної інтенсивності відмов 1.590431961E+04 годин;
для середньої інтенсивності відмов 4.189710072E+04 годин;
для мінімальної інтенсивності відмов 2.371916509E+05 годин;
інтенсивність відмов ЕВА при середньому рівні інтенсивностей відмов елементів
2.386800000E-05 1/год.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 41
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

4.6 Оцінка точності
В процесі розробки апаратури завжди намагаються досягти найбільшої
точності. Але враховуючи те, що пристрій складається із реальних модулів, які
мають практичні точності параметри, можна говорити про досягнену точність. Її
оцінюють за формулою:
n
 2
пр =  i , (4.14)
i=1
де δі – точність модуля пристрою.
Пристрій для виміру відстані складається з блоків, що пов’язані з
електронікою. Отже точність таких вузлів висока.
Розпишемо усі блоки, які входять до даного пристрою, та проаналізуємо їх
точність.
Таблиця 4.1 - Аналіз пристрою
1 НАЗВА БЛОКУ 2 ПОХИБКА, %

Блок дешифраторів 0,01
Блок інвертування 0,01
Блок формувача-інвертора 0,01
Підраховуємо сумарну похибку блоків, що входять до даного пристрою.
 пр = 0,012 + 0,012 + 0,012 = 0,017 % .
Так як допустима похибка пристрою 0,5 %, то в даному розрахунку
пристрою на точність при його експлуатації задовольняє поставлену задачу у
технічному завданню. Таким чином, задана точність досягнена.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 42
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

5 Технологічний розділ

Покращити якість роботи електронних систем з одночасним підвищенням
надійності, зменшенням маси, габаритних розмірів і використання енергії при
мінімальних затратах можливо за рахунок використання методів і засобів
мікроелектроніки і комплексної мініатюризації.
Для мікроелектронної апаратури характерно збільшення кількості вузлів,
виконаних на основі цифрових схем, котрі виготовлені засобами
напівпровідникової або гібридної технології.
Однією з особливостей проектування мікроелектронної апаратури
являється розширення можливостей стандартизації схемних рішень.
При функціонально-вузловому проектуванні гостро постає питання
електричного, конструктивного і технологічного узгодження інтегральних схем і
мікрозбірок, відмінних конструктивним виконанням, напругою живлення, рівнем
вхідних та вихідних сигналів.
Технологічність конструкції друкованих плат (ДП) – пристосованість
конструкції ДП до обмеженої витрати трудових, матеріальних і енергетичних
ресурсів на підготовку виробництва і промисловий випуск у заданій кількості по
вищій категорії якості (виробнича технологічність) і при технологічному
обслуговуванні і ремонті (експлуатаційна технологічність). Виробнича
технологічність ДП визначається трудомісткістю виготовлення. Експлуатаційна
технологічність ДП оцінюється контролездатністю і взаємозамінністю.

5.1 Призначення друкованої плати системи позиціонування
сервоприводом
Розроблювана друкована плата системи керування сервоприводом одна з
декількох друкованих плат прилада. Розроблюєма ДП дає можливість
використовувати прилад в ланцюгах автоматичного керування процесом[20].

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 43
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

5.2 Аналіз елементної бази вузла
Відповідно до схеми електричної принципової вузла сигналізації
У якості елементної бази використовуються такі вироби електронної
техніки:
• резистори із різноманітним номінальним опором, з допустимим
відхиленням опору від номінального  10 %;
• конденсатори постійної ємності К10У-5 з допустимим відхиленням
ємності від номінальної  20 %;
• конденсатори постійної ємності К50-6 з допустимим відхиленням
ємності від номінальної  20 %;
• діоди, які має пластмасовий корпус
• мікросхеми інтегральні, що має прямокутний пластмасовий корпус типу
DIP14 з напругою живлення 5 В;
Всі вироби електронної техніки (ВЕТ) працюють в однаковому тепловому
експлуатаційному режимі від -50 до +60 С при номінальному електричному
навантаженні і від -50 до + 115 С при зниженні електричного навантаження до
0,2 РН. Мінімальний наробіток на відмову всіх ВЕТ 20000 часів. Термін зберігання
14 років[20].

5.3 Обґрунтування вибору варіанта технологічного процесу
Для друкованої плати вибирається наступна схема технологічного процесу
складання і монтажу радіоелементів.
Складання і монтаж вузлів конструкції з ручним встановленням
радіоелементів при використанні методу індивідуальної пайки.
1. Заготівельні операції[20]:
• підготовка ЕРЕ до монтажу;
• складання друкованої плати.
2. Складання і монтаж вузлів;
3. Операції пайки монтажних з’єднань на ДП.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 44
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

4. Контроль.
Типові операції складання і монтажу апаратури на ДП мають визначену
структуру.
Операції підготовки радіоелементів до складання[20]:
1. Контроль радіоелементів по номіналам «придатний-непридатний»;
2. Рихтовка виводів;
3. Підрізка виводів;
4. Загинання виводів;
5. Вкладка радіоелементів в технологічні касети;
6. Лудження виводів радіоелементів;
7. Формування виводів радіоелементів.
Операції складання ДП:
1. Встановлення на плату пустотілих заклепок-пістонів;
2. Встановлення на плату контактів;
3. Встановлення на плату перемичок;
4. Встановлення на плату штирів;
5. Встановлення на плату радіоелементів;
6. Підготовка виводів радіоелементів;
7. Вдосконалення плати;
8. Контроль правильності і якості встановлення радіоелементів.
Операції пайки монтажних з’єднань на ДП[20]:
1. Обезжирення плати;
2. Флюсування місць пайки;
3. Пайка з’єднань на платі;
4. Допайка з’єднань;
5. Промивка плати;
6. Висушування плати.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 45
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

5.4 Загальні вимоги до монтажу
Елементи при закріпленні їхніх виводів повинні бути по можливості
розташовані так, щоб напис їхнього номіналу і маркірування були добре видні з
однієї сторони та були зручні для читання[20].
Проводи не повинні мати ушкоджень при монтажі (підпалів, надрізів і
т.п.), що знижують їх механічну або електричну тривкість.
Провідники перетином 0,35 мм і менше варто кріпити з виконанням
повного обороту навколо контактного пелюстка, проводи перетином понад 0.35
мм - не менше обороту.
Всі закріплені на пелюстках кінці монтажних проводів повинні бути
щільно обжаті.
При кріпленні проводів до контактних пелюстків необхідно ввести жилу в
отвір пелюстка і загнути її по радіусі з утворенням гачка.

5.5 Загальні вимоги на пайки
На якість паяних з’єднань суттєво впливають не тільки технологічні умови
проведення процесу пайки, але і правильний вибір матеріалів: флюсів, припоїв,
очисних рідин. Флюси, утворюючи рідину і газоподібну зони, які оберігають
поверхню металу і розплавленого припою від окислення, розчиняють і видаляють
вже існуючі плівки оксидів і забруднень з поверхні, покращують змочування
металу з припоєм. Вибір флюсу проводиться виходячи з потрібної хімічної
активності, яка повинна бути найбільшою в інтервалі температур, який
визначається температурами плавлення припою. Він повинен швидко і рівномірно
розтікатися по паяючих матеріалах, добре проникати в зазори і видалятися з них,
легко витіснюватися розплавленим припоєм, бути термічно стабільним, не
виділяти шкідливих для здоров’я газів, не викликати корозію паяючих металів і
припоїв[20].
В якості припоїв використовуються різні кольорові метали та їх сплави, які
мають більш низьку температуру, ніж з’єднувані метали. Виходячи із
температури плавлення припої поділяються на низько-, середньо- і
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 46
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

високотемпературні. Для пайки монтажних з’єднань РЕА використовують
переважно низько- і середньо температурні припої Тпл< 450 C. Основними
компонентами припоїв є олово і свинець, до яких для надання спеціальних
якостей можуть добавлятися присадки сурми, срібла, вісмуту, кадмію. Так срібло
і сурма підвищують, а вісмут і кадмій зменшують температуру плавлення і
затвердіння припою. Вибір марки припою визначається призначенням і
конструктивними особливостями виробів, типом основного металу і
технологічного покриття, максимально допустимою температурою при пайці, а
також технічних і технологічних вимог до паяних з’єднань. До технічних вимог
відносяться: достатня механічна міцність і пластичність; задані теплопровідність і
електричні характеристики; коефіцієнт термічного розширення (КТР) близький до
КТР паяючого металу; корозійна стійкість як в процесі пайки, так і при
експлуатації[20].
Технологічні вимоги до припою передбачають добру змочуваність
з’єднуваним ним металів, високі капілярні якості, малий температурний інтервал
кристалізації для виключення появи пор і тріщин в паяних з’єднаннях. Пайка
монтажних з'єднань повинна забезпечуватися надійністю електричного контакту і
необхідною механічною тривалістю.
Кількість флюсу, який наноситься на місце пайки, повинний бути
мінімальним. Не припускається багате змочування флюсом місць пайки.
Монтажні з'єднання варто лудити і паяти. Необхідно дотримуватися обережності
від зайвого перегріву монтажних виробів, оплавлення ізоляції проводів і
ізолюючих трубок, ослаблення або відпаювання контактних пелюстків, планарних
або круглих виводів виробів електронної техніки.
Місце пайки повинне бути достатньо прогрітим за допомогою паяльника з
забезпеченням повного розтікання розплавленого припою і відсутністю
можливості появи помилкової пайки. Після пайки спаяне місце необхідно
остудити при цьому спаяні вироби повинні бути нерухомими. Тривалість пайки
виводів виробів електронної техніки повинна бути мінімально необхідною і бути
не більш тривалості вказаної в ТВ на дані вироби електронної техніки або в
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 47
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

технологічних рекомендаціях на пайку елементів. Якщо така вказівка відсутня, то
орієнтовна тривалість пайки повинна бути не більше 5 с.
Поверхня монтажних з'єднань повинна мати глянсовий вид без видимих
пор, забруднень, напливів, гострих опуклостей припою, сторонніх вкраплень або
окислів. Припій повинен заливати місце з'єднання виробів електронної техніки з
усіх боків, заповнювати щілини і зазори між проводами і контактами. Кількість
припою для пайки монтажних з'єднань повинно бути мінімальним. Паяння
повинне забезпечувати при зовнішньому огляді розташування контурів підпаяних
проводів.
При монтажі штепсельного роз’єму припускається незначний наплив
припою на зовнішню поверхню контакту. Не припускаються каплевидні і
шиповидні напливи. Температуру жала паяльника необхідно контролювати
приладом 4-703 МГ2.821.Э1649 або МПП-254М[20].

5.6 Зальні вимоги до технологічного контролю
Змонтовані плати піддаються технічному контролю. Загальна структура
контрольних операцій включає візуальний контроль монтажу, автоматичний
контроль правильності монтажних з’єднань, функціональний контроль зібраних
плат. Шляхом зовнішнього огляду і порівняння із зразками провіряють тип,
номінальне значення, маркування, якість лудження виводів, відсутність подряпин,
сколів, тріщин корпуса і пошкодження надписів[20].
Всі контрольні операції повинні бути виконані відповідно до технічних
умов і вимог і без погіршення якості монтажу.
Надійність монтажних з'єднань перевіряється при зовнішньому огляді.
Механічну тривкість монтажних з'єднань припускається перевіряти
вибірково, але не більш одного разу в процесі приймання монтажу. Зусилля
повинно бути спрямоване уздовж осі припаяного проводу і не повинно
перевищувати 0,5 кг. В окремих випадках припускається перевірка пінцетом, на
губки якого повинні бути надягнуті ізоляційні трубки.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 48
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Контроль правильності електричних з’єднань є необхідною операцією
перед настройкою. В одиничному і дрібносерійному виробництві цю операцію
виконують вручну за допомогою універсальної вимірювальної апаратури по
картам опорів і монтажній схемі.
В масовому виробництві широко використовують автоматичні тестери, які
працюють по принципу неврівноваженого моста. Плата через з’єднувачі
підключається до тестера, який по розробленій програмі перевіряє омічний опір
кожної електричної ділянки і визначає її стан. Плати, які не пройшли перевірку
монтажу поступають на ділянку ремонту. Годні плати поступають на
функціональний контроль, де перевіряють логічні зв’язки елементів за допомогою
діагностичних тестів. Плати, які мають відхилення вихідних параметрів
поступають на регулювання, а несправні - на ремонт[20].
Якість паяного з'єднання проводів перетином 0,12 мм2 і менше повинно
перевірятися візуально.
При контролі якості монтажу забороняється перегинати провід біля пайки.
Перевірену пайку контролер повинний відзначати кольоровим лаком, що
наноситься на місце спаю у виді невеличкого акуратної точки, що не мішає
подальшому контролю пайки. Зафарбування лаком усієї пайки не припускається.
Позначка повинна завдаватися відразу ж після перевірки кожної пайки.
При об'ємному монтажі на друкованих платах припускається за
узгодженням із замовником не робити нанесення що перевіряються паянь лаком.

5.7 Загальні вимоги до складання
До виконання роботи зі складання ДП припускаються особи, що атестовані
по операціях даного технологічного процесу.
Робітник при виконанні будь-якої виробничої задачі відповідає за якість
виконання роботи і при здачі продукції майстру повинен відокремити придатну
продукцію від браку[20].
Складання і монтаж ДП у міру необхідності робітник повинен вести по
індивідуальних технологічних картах і еталонних зразках. Складання компонентів
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 49
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

на ДП складається із подачі їх до місця установки, орієнтація виводів відносно
монтажних отворів чи контактних площадок, спряження із складальними
елементами і фіксація в потрібному положенні. Воно в залежності від характеру
виробництва може виконуватися вручну, механізованим чи автоматизованим
методами. Використання ручного складання економічно доцільно при
виробництві не більше 15 тис. плат в рік партіями по 100 штук. На кожній платі
повинно бути розміщено не більше 100 елементів, в тому числі 11 інтегральних
мікросхем. Суттєвою перевагою ручного складання є можливість постійного
візуального контролю, що дозволяє використовувати відносно великі допуски на
розміри виводів, контактних площадок і монтажних отворів[20].
Всі операції необхідно робити з дотриманням вимог по техніки безпеки,
виробничої санітарії й охороні праці.
Технологічні витримки, що вказуються в технологічному процесі, повинні
фіксуватися в спеціальному журналі і технологічному паспорті. Час
технологічних витримок необхідно контролювати по часах відповідно до
ГОСТ 3309[20].
При перерві виробництва більше одного місяця необхідно робити
складання контрольної групи складальних одиниць і виробів по технологічному
процесі в кількості не менше 5 штук під спостереженням технолога цеху.
При складанні і здачі виробів необхідно додержуватися вимоги відповідно
до СТП-803-78-87.
Припускається використання технологічний тари АЛ7890-3054,
АЛ1056-3190.

5.8 Нормування монтажних робіт
Нормування монтажних робіт виконують на підставі карт технологічних
процесів, що визначають порядок виконання операцій, використання приладів,
інструментів, матеріалів, а також режимів опрацювання і нормативів часу. При
використанні вищевказаних даних можна розрахувати норми часу на різноманітні
технологічні варіанти процесів.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 50
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Розрахунок норм штучного часу на операцію (хв.) визначається по
формулі[20]:
Тшт = Топ  (1+К/100) , (5.1)
де Тшт – норма штучного часу, хв.;
Топ – оперативний час, хв.;
К – час на організаційно-технологічне обслуговування робочого місця,
відпочинок і власні потреби у відсотках від оперативного часу, 14 %.
Tшт = Tоп К . (5.2)
Відповідно до складального креслення ДП приладу монтаж виробів
електронної техніки на ДП має такі наступні переходи, що приведені в
таблиці 5.1.
Таблиця 5.1 – Оперативний час на виконання операцій по монтажу вузла
сигналізачії
Кількість Оп, год,
№ Назва роботи t, хв
елементів, шт. Топ, хв.
1 2 3 4 5
1. Лудження резисторів 67 0,179 11,99
2. Лудження конденсаторів 54 0,179 9,6
3. Лудження мікросхем 38 0,839 31,88
4. Лудження діодів 9 0,179 1,611
5. Лудження виводів 3 1 3
Формування виробів
6. 586 0,105 61,53
електронної техніки
Зачищення виводів виробів 246 0,155 38,13
7.
електронної техніки
Обрізання виводів виробів
8. 586 0,074 43,36
електронної техніки
9. Установлення резисторів 67 0,168 9,07

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 51
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Продовження таблиці 5.1
10. Установлення конденсаторів 54 0,138 1,38
Установлення інтегральних
11. 38 0,336 0,168
мікросхем
12. Установлення діодів 9 0,168 1,512
13. Установлення виводів вилок 3 1,12 3,36
Пайка кінців виводів виробів
14. 481 0,164 78,88
електронної техніки
Всього 295,39
Тшт = 295,39  (1+14/100) = 336,74 хв.
В додатку Д наведений комплект документів на технологічний процес на
монтаж виробів електронної техніки на ДП системи керування сервоприводом.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 52
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

6 Економічний розділ

6.1 Організація робіт з розробки системи управління сервоприводу
За рахунок використання більше сучасної елементної бази й технічних
рішень збільшується продуктивність і термін служби приладу, зменшуються:
витрати часу й коштів на технічне й ремонтне обслуговування, енергетичне
споживання й вимоги до рівня кваліфікації оператора.
Випускати модернізований прилад буде той же цех підприємства-
виробника, у якому виготовляється базовий зразок приладу. Для переходу на
випуск модернізованого варіанта приладу замість базового зразка в цеху-
виробнику створили ряд спеціальних робочих місць, придбали певне оснащення,
створили необхідне технологічне оснащення - штампи та інші пристосування для
виготовлення приладу. Необхідно вирішити такий комплекс планово-економічних
завдань:
- зробити порівняльний аналіз базового і модернізованого варіантів

приладу;
- обґрунтувати ринкову потребу й обсяги виробництва прилада;
- оцінити витрати на модернізацію й освоєння виробництва
покращеного варіанта приладу;
- розрахувати поточні витрати на виготовлення приладу, обґрунтувати
його ціну;
- зробити аналіз ефективності переходу на випуск і споживання
поліпшеного зразка приладу.
Перед початком розробки даного стенда в першу чергу організували
діяльність по виконанню всіх робіт пов'язаних з розробкою і виготовлення
системи управління сервоприводу.
Підбираємо трудові ресурси. На виконання даної дипломної роботи
наказом по університету призначається керівник дипломного проекту який
повинен зосередити свою увагу на виконанні конкретного завдання і на якого
свою чергу покладається відповідальність за реалізацію даного проекту.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 53
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Отже в кінцевому результаті команда буде мати кінцевий склад:
1. Керівник дипломного проекту .
2. Консультант з економічного розділу.
3. Консультант з охорони праці.
4. Студент виконавець.
Отже, дана матрична система дає можливість гнучко маневрувати
людськими ресурсами за рахунок перерозподілу їх між проектами, але за умови
збереження їх адміністративної належності відповідно функціональними,
відділам.
Тепер розробляємо план дипломного проекту.
План проекту:
1. Управління проектом :
1.1 Створення команди проекту;
1.2 Інтеграція команди проект;
1.3 Планування проекту;
1.4 Закриття проекту;
2. Розробка документації проекту по створенню пристрою:
2.1 Розробка технічної документації;
3. Закупівля сировини для виготовлення пристрою;
4. Виконання реконструкції і монтажу:
4.1 Виготовлення деталей стенда;
4.2 Підготовка до монтажу;
4.3 Монтаж стенда;
5. Запуск проекту:
5.1 Отримання допуску;
5.2 Перевірка роботи стенду;
5.3 Проведення регульованих робіт;
6. Контроль за виконанням.
Переходимо до планування робіт у часі. Насамперед побудуємо сіткову
модель процесів реалізації проекту по створенню системи контролю.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 54
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Сіткова модель процесів реалізації проекту зображена на рисунок 6.1.

Рисунок 6.1 - Сіткова модель процесів реалізації проекту

Розрахунок трудомісткості робіт по монтажу стенда
Таблиця 6.1 – Опис робіт та вимог до ресурсів
Код Довготривалість
Робота (процес) Ресурси
процесу процесу, днів
1 2 3 4
1. Створення команди
1-2 1 К
проекту
2. Інтеграція команди
2-3 1 К
проект
3. Розробка технічної
3-4 2,3 С
документації
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 55
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Продовження таблиці 6.1
1 2 3 4
4. Закупівля сировини 4-5 0,3 С
5. Підготовка до
5-6 0,5 С
монтажу
6. Монтаж стенда 6-7 2,7 С
7. Отримання допуску 7-8 2 С
8. Перевірка роботи
8-9 0,8 С
стенду
9. Завершення проекту 9-10 1 С
10. Контроль виконання Протягом всіх
1-10 КН
робіт робіт
К – керівник проекту ; КН – консультанти з розділів ; С – студент.

Отже збудувавши сітковий графік, ми бачимо що для виконання

дипломного проекту по створенню насосної станції ми затрачаємо 11,6 днів.

6.2 Визначення вартості системи управління сервоприводу
Метою даного розділу є обґрунтування економічної доцільності і
ефективності системи управління сервоприводу. При цьому, за рахунок
використання сучасного мережевого обладнання і нових технічних рішень,
збільшується продуктивність, пропускна спроможність і надійність сортувального
обладнання, зменшуються: витрати часу і засобів на обслуговування[22-24].
Далі будуть приведені розрахунки, що дозволяють кількісно визначити
економічні показники проектування та виготовлення системи управління
сервоприводу.
Розрахунок прямих витрат на розробку та виготовлення системи
управління сервоприводу[22-24].
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 56
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Таблиця 6.2- Розрахунок вартості основних матеріалів
Одиниця Кіль- Сума
№ п/п Назва обладнання, матеріалів
виміру кість витрат грн.
1. Перелік обладнання:
1.1 Радіоелементи та матеріали шт - 710
Всього: 710
Загальна вартість матеріалів 710грн.
Виготовлення передбачає види робіт, які вказані в таблиці 6.3.
Таблиця 6.3 - Витрати часу
Норма часу на
№ Кількість, Загальні витрати
Назва матеріалів одиницю роботи
п./п. шт. часу, год
люд./год.
1 Розробка пристрою 1 40 40
2 Розробка плати 1 16 16

Нанесення зобра-
3 1 2 2
ження на плату
Травка плати,
4 1 2,32 2,32
промивка.
Підготовка ножок
5 586 0,01 5,86
елементів
6 Лудіння плати 1 2 2
Лудіння ніжок
7 586 0,01 5,86
елементів
8 Монтаж елементів 246 0,004 0,984
9 Пайка плати 586 0,02 11,72
10 Перевірка плати 1 15,33 15,33
Всього: 102,07
На виготовлення друкованої плати затрачуємо 102,07 годин.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 57
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

6.3 Нормування праці
Нормування праці - це один з основних напрямів наукової організації
праці. Воно передбачає впровадження міжгалузевих і галузевих норм і
нормативів, для нормування праці робочих, інженерно-технічних працівників і
службовців. Нормування праці є однією із складових частин наукової організації
праці і має своїй на меті встановлення міри витрат у вигляді технічно
обґрунтованих норм часу і норм вироблення.
Таблиця 6.4 – Баланс робочого часу
Показники Одиниці виміру Тривалість
Кількість днів у році дні 365
Кількість неробочих днів, у тому числі: дні 114
Святкових дні 10
Вихідних дні 104
Номінальний фонд робочого часу дні 251
Невиходи на роботу у тому числі: дні 40,36
чергових і додаткових відпусток дні 28,07
Лікарняних дні 10,03
навчальних відпусток дні 0,93
інші невиходи дозволені законодавством дні 0,43
невиходи з дозволу адміністрації дні 0,5
прогули дні 0,3
цілоденні простої дні 0,1
Кількість робочих днів у році дні 210,64
Середня тривалість робочого дня години 7,81
Корисний фонд робочого часу одного
години 1645,098
робітника (ЕРФр)

При виготовленні пристрою використовується робітник другого розряду.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 58
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Для визначення годинну тарифну ставку робітника другого розряду
використовуємо формулу (6.1)

СII = СІ  К II грн × год (6.1)
де KІІ – перевідний коефіцієнт робітника 2-го розряду, який становить 1.11.
ЗПмін
CI = грн × год (6.2)
ЕРФсм
де ЗПмін – мінімальна заробітна плата яка становить 6500 грн.
ЕРФсм – ефективний робочий фонд середньомісячний розраховується з
таблиці 6.3 по формулі (6.3):
ЕРФр
ЕРФсм = год. (6.3)
11
1645,09
ЕРФсм = 149,55 ( год.)
11
Знаходиться годинна тарифна ставка робітника першого розряду :
1218
CI = = 82.144,89 грн × год
149,55
Знаючи годинну тарифну ставку робітника першого розряду знаходиться
годинну тарифну ставку робітника другого розряду :
СІІ = 24,89× 1,11 = 27,63 грн × год
Визначається заробітна плата робітника другого розряду по формулі (6.4)
ЗПтар. = Ст2 × Т= 27,63 × 102,07 = 2820,62грн. (6.4)
Визначається не прямі витрати по формулі (6.5)
П = ЗП × %П = 2820,62× 0,2 = 564,12грн. (6.5)
де %П – візьмемо 20 % (прямої)
Визначається заробітна плата загальна по формулі (6.6)
ЗП заг. = ЗПтар + П = 2820,62+ 564,12= 3384,75 грн. (6.6)
Знаходиться відрахування до фондів по формулі (6.7)
В = 0,363 × ЗПзаг. = 0,363 × 3384,75 = 1288,66 грн. (6.7)

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 59
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

6.4 Розрахунок допоміжних витрат
Для розрахунку допоміжних витрат використовуються дані таблиці 6.5.
Таблиця 6.5 - Нормування допоміжних витрат
№ Назва Одиниця Сума витрат, грн.
Кількість
П/П матеріалів виміру За одиницю Загальна
1 Припій кг 0,07 25 1,75
2 Флюс , Ф3 л 0,192 40 7,84
3 Спирт л 0,05 5 0,25
4 Хлорне залізо Упаковка 1 27 27
5 Лак л 0,05 50 0,25
Всього : 37,09

Розраховується вартість електроенергії що споживається в процесі обробки
плати[22-24].

Визначаються витрати електричної енергії на освітлення по формулі (6.8) .
W місце.осв. = Р освітлення × Т витр. (6.8)
W місце.осв. = 0,24 × 13,17 = 3,16 кВт×год.
Р освітлення = 0,24 кВт
Т витр. – час витрачений з приладом.
Визначаються витрати електричної енергії на електричний дриль по
формулі (6.9) .
Wел.дриль = Р освітлення × Т витр. (6.9)
Wел.дриль = 0,9 × 1.239= 1,1151 кВт×год
Р ел.дрелі = 0,9 кВт
Т витр. – час витрачений з приладом.
Визначаються витрати електричної енергії на паяльник по формулі (6.10)
Wел.паяльн. = Р освітлення × Т витр. (6.10)
Wел.паяльн. = 0,04 × 3,008 = 0,12 кВт × год
Р паяльника = 0,04 кВт
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 60
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Т витр. – час витрачений з приладом.
Загальні витрати електричної енергії визначаються по формулі (6.11)
Wзаг.= Wміс.осв.+Wел.дрел.+Wел.паяльн. (6.11)
Wзаг.= 3,16+1,1151+0,12=4,431 кВт
Визначається вартість використаної електричної енергії по формулі (6.12)
Вел.ен= Wзаг × Тел. енергії. (6.12)
де Тел.енергії - тариф за ел. енергію 0,9 грн./кВт × год.
Вел.ен =4,431 × 0,9 =3,98грн.
Визначається відшкодування зносу інструментів в таблиці 6.6.

Таблиця 6.6 - Відшкодування зносу інструментів
№ п/п Назва пристрою Вартість пристрою, грн. Примітка
1. Електродриль 473
2. Тестер 80
3. Паяльник 65
Всього 618,00

Відшкодування зносу інструментів приймаємо рівним 0,5% на рік. По
формулі (6.13) розраховуємо суму відшкодування зносу інструментів.

Ввідш.=0,005×Вінст.=0,005×618=3,09 грн. (6.13)

6.5 Розрахунок собівартості виготовлення системи управління
сервоприводу
Для визначення собівартості виготовлення системи управління
сервоприводу необхідно виконати розрахунок прямих та інших витрат,
пов’язаних з виробництвом.
Розрахунок прямих витрат виконуватимемо за даними таблиці 6.6.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 61
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

А розрахунок загальновиробничих та адміністративних витрат
здійснюватимемо за формулами 6.14 та 6.15.
Таблиця 6.7 - Розрахунок прямих витрат
№ п/п Назва статей витрат Сума витрат, грн. Примітка
1 Прямі матеріальні витрати
1.1 Сировина, матеріали 710 Таблиця 6.1
1.2 Допоміжні матеріали 37,09 Таблиця 6.4
1.3 Електроенергія 3,98 Вел.ен.
2 Прямі витрати на оплату праці
2.1 Заробітна плата 3384,75 ЗПзаг.
3. Інші прямі витрати
3.1 Відрахування у фонд 1288,66 В

Відшкодування зносу
3.2 3,09 Відшкодування
інструментів
Всього: 5367,57

Отже, прямі витрати на розробку та виготовлення системи управління
сервоприводу складають 5367,57 грн.
Розраховуємо загально виробничі витрати по формулі (6.14)

ЗВВ = ЗПзаг × 100%= 3384,75 грн. (6.14)

Розраховуємо адміністративні витрати по формулі (6.15)

ЗПупр. = (ЗПзаг + В) × 100%= 4613,41грн. (6.15)

Складається калькуляція в таблиці 6.8.
Калькуляція – це фінансовий документ який розраховує витрати на
виготовлення одиниці продукції.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 62
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Таблиця 6.8 – Калькуляція
Шифр Найменування статті
Методика розрахунку Сума витрат
рядка продукції
1 2 3 4
1. Сировина і матеріали Таблиця 6.1 710
Купівельні напівфабрикати
та комплектуючі вироби.
2. Таблиця 6.4 37,09
Роботи і послуги
виробничого характеру
3. Енергія Вел.енергії 3,98
4. Зворотні відходи Немає
Основна заробітна плата
5. ЗПтар. 3384,75
робітника

6. Додаткова ЗП П 398,99
7. Відрахування у фонд В 1288,66
Витрати на утримання та
8. Ввід. 3,09
експлуатацію устаткування
9. Загальні витрати ЗВВ 3384,75
10. Витрати від браку Немає
11. Інші виробничі витрати Немає

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 63
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Продовження таблиці 6.8
1 2 3 4
12. Попутна продукція Немає
Сума рядків
[((1+2+3)-4)+
13. Виробнича собівартість 8752,31
+(5+6+7+8+9+10+11
)]
14. Адміністративні витрати ЗПупр.р.1 4613,41
15. Витрати на збут Немає
16. Прибуток Немає
17. ПДВ Немає
Сума рядків
18. Відпускна ціна 13365,72
(13+14+15+16+17)

Отже, собівартість виготовлення системи управління сервоприводу буде

становити 13365,72грн.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 64
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

7 Охорона праці

7.1 Аналіз умов праці, шкідливих та небезпечних факторів, які діють
на дослідника, який працює в лабораторії
Проектування та вдосконалення керуючої системи верстатів з ЧПУ
проводиться в лабораторному приміщенні, що повинно відповідати санітарно-
гігієнічним нормам за розмірами, мікрокліматом, чистотою повітря, освітленням,
кількістю робочих місць.
Дослідницька лабораторія розташована на третьому поверсі
п’ятиповерхового цегляного будинку. Приміщення лабораторії має прямокутну
форму, що є найбільш доцільним з точки санітарно-гігієнічних норм на
освітлення та природну вентиляцію.
Розміри лабораторії: довжина 12 м, ширина 6 м, висота 3,5 м. Площа
приміщення складає 72 м2, об’єм 252 м3. В лабораторії працює 6 робітників. Отже
на кожну людину приходиться площа – 12 м2, а об’єму приміщення 42 м3, що
відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Роботи, що проводяться у лабораторії, належать до
категорії легких робіт Iа з енергозатратами до 172 Дж/с. Конструкція робочого
місця забезпечує оптимальне положення працюючого відповідно ДСТУ
8604:2015. Висота робочої поверхні при цьому дорівнює 735 мм. Конструкція
крісла працівника відповідає вимогам ДСТУ 7951:2015 та підбирається у
відповідності зі зростом працівника. Лабораторія обладнана побутовими меблями.
Згідно ДСН 3.3.6.042-99, окремо для двох періодів року, визначаємо
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та швидкості
руху повітря для категорії важкості роботи Іб. При цьому враховуємо, що верхня і
нижня межа діапазону допустимої температури визначаються у залежності від
того, постійне робоче місце чи непостійне[25-28]. В нашому випадку – постійне.
Для підтримки нормальної працездатності у приміщенні підтримується
температура у зимовий час року 21 – 22 °С, а у літній 22 – 24 °С, відносна
вологість повітря 40–60 %, швидкість руху повітря не більше 0,2 м/с, що
відповідає ДСН 3.3.6.042 - 99.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 65
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року[25-28]:
- оптимальне значення температури 21-23°С;
- допустиме значення температури 21-25°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с;
- допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року[25-28]:
- оптимальне значення температури 23-25°С;
- допустиме значення температури 22-28°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с;
- допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с.
У холодний час року система водяного опалення компенсує втрати тепла
через будівельні конструкції, а також нагріває проникаюче у приміщення холодне
повітря. Система опалення відповідає ДБН В.2.5.67-2013[25-28].
Необхідний стан повітря забезпечується за допомогою природної
вентиляції (зміна повітря проводиться через вікна, кватирки, двері) відповідно
ДБН В.2.5.67-2013. Джерел подразнюючих чи токсичних, горючих чи
вибухонебезпечних речовин у лабораторії немає. Повітря робочої зони відповідає
вимогам ДСТУ-Н Б А.3.2-1:2007.
Освітлення лабораторії виконується двома способами: природним – через
бокові вікна чи штучним, за допомогою люмінесцентних ламп. Штучне
освітлення призначене для освітлення робочих місць у темний час доби, чи при
недостатньому природному освітленні. У відповідності з ДБН В.2.5-28-2018
розряд зорової роботи працівника лабораторії – середньої точності. Найменший
розмір об’єкту роздивляння 0,5-1 мм. Відповідно розряд та підрозряд зорової
праці ΙΙ – В. Норма штучного освітлення Ен = 300 лк. Нормоване природне
освітлення (КПО) ен = 1,8 %.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 66
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Нормативний рівень природного освітлення забезпечується крізь 5
віконних отворів розміром 1,5⋅1,8 м. Нормативний рівень штучного освітлення
підтримується за допомогою 15 світильників ЛПО-02 з люмінесцентними
лампами ЛБ-65[25-28].
Джерел підвищених рівнів шуму в лабораторії не існує. Рівні звукового
тиску у лабораторії не перевищують допустимі згідно ДСН 3.3.6.037-99. Джерела
вібрації, ультразвуку, інфразвуку у лабораторії відсутні.
При проведенні робіт в лабораторії використовується різноманітна РЕА,
що живиться від мережі напругою 220 В, 50 Гц. Приміщення лабораторії
відноситься до категорії приміщень без підвищеної небезпеки ураження
працівників електричним струмом. В лабораторії періодично проводиться
перевірка справності електроустаткування. У ході роботи у лабораторії можуть
утворюватися заряди статичної електрики, яка утворюється на поверхні
діелектричних та напівпровідникових речовин, матеріалів виробів чи на
ізольованих провідниках. Одним з основних засобів захисту від ураження
електричним струмом чи зарядом статичної електрики повинна бути система
захисного заземлення (згідно вимогам НАОП 1.4.32-2.94-78 «Заземлення. Загальні
технічні вимоги. Конструкція і розміри елементів заземлення» та ДСТУ Б В.2.5-
82:2016). Електричні кабелі і дроти ізольовані. Розетки і вимикачі винесені на
розподільчий щиток з автоматичними вимикачами[25-28].
Джерел іонізуючих випромінювань у лабораторії немає.
У відповідності з ДСТУ Б В.1.1-38:2016 лабораторія відноситься до
категорії В – пожежонебезпечне, тому що в ній є тверді горючі речовини і
матеріали (папір, дерево, пластик) здатні тільки горіти, але не вибухати.
Пожежонебезпечні зони приміщення лабораторії відносяться до класу П-IІа згідно
ДНАОП 0.00-1.32-01. Лабораторія обладнана системою пожежної сигналізації з
автоматичними оповіщувачами типа ИП-105 в кількості 8 шт. відповідно ДБН
В.2.5.56-2014. Для гасіння пожежі в лабораторії існує порошковий вогнегасник
ВП-5у, який знаходиться у місці вільного доступу. В лабораторії біля виходу
знаходиться план евакуації персоналу при пожежі. Час евакуації з будинку
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 67
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

становить 1,25 хв. Ширина виходу з лабораторії на східцевий майданчик
становить 1,8 м, відповідно ДБН В.1.1.7-2016[25-28].
За результатами аналізу умов праці в приміщенні лабораторії, можливо
зробити висновок, що для забезпечення безпеки працюючих від ураження
електричним струмом необхідне розробити систему захисного заземлення.

7.2 Розрахунок системи захисного заземлення
Захисним заземленням називається навмисне електричне з′єднання із
землею металевих неструмопровідних частин, які можуть бути під напругою.
Принцип дії захисного заземлення – зниження напруги між корпусом, який
опинився під напругою, та землею до безпечного значення. Якщо корпус
електрообладнання не заземлений і він опинився в контакті з фазою, то дотик до
такого корпусу рівносильний дотику до фази. В цьому випадку струм, який
проходить крізь людину може досягти небезпечних значень.
Заземлювальним пристроєм називають сукупність конструктивно
об'єднаних заземлювальних провідників та заземлювача. Заземлювач - це
провідник або сукупність електрично з'єднаних провідників, які перебувають у
контакті із землею, або її еквівалентом.
Складові частини заземлювальних пристроїв (заземлювачі, заземлювальні
провідники, головні заземлювальні шини) повинні бути вибрані і змонтовані так,
щоб[25-28]:
- надійно і довго служити для виконання вимог до захисту від ураження
електричним струмом;
- протікання через них струмів, що зумовлені замиканнями на землю, та
струмів витоку не створювали небезпеки (термічної, термомеханічної,
електромеханічної, ураження електричним струмом);
- забезпечити виконання вимог до заземлювальних пристроїв
функціонального і (або) блискавкозахисного заземлення, якщо використовується
спільна система заземлення. У цьому випадку, насамперед, повинні бути виконані
вимоги до захисного заземлення.
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 68
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Визначати характеристики заземлювального пристрою слід з урахуванням
конкретних умов експлуатації (зокрема, параметрів ґрунту і сезонних змін
питомого опору шарів землі через висихання та промерзання ґрунту, що властиві
для найбільш несприятливих погодних умов місцевості, в якій розміщений даний
заземлювальний пристрій).
Якщо при виконанні заземлювального пристрою застосовуються
провідники із різних матеріалів, треба враховувати можливість електролітичної
корозії.
При спорудженні заземлювального пристрою можуть бути використані[25-
28]:
а) природні заземлювачі:
- металеві і залізобетонні конструкції будинків та споруд, які
знаходяться в контакті із землею, в тому числі залізобетонні фундаменти, які
мають гідроізоляційні покриття, в неагресивних, слабоагресивних та
середньоагресивних середовищах;
- свинцеві оболонки прокладених у землі кабелів, а також інші довговічні
металеві покриття кабелів, з яких забезпечено стікання струму замикання у
землю;
- інші провідні частини, які розміщені в землі і забезпечують виконання
вимог, наприклад, обсадні труби артезіанських колодязів, свердловин, шурфів;
б) штучні заземлювачі:
- стержні, штаби, профіль, канати тощо;
- металеві ґратчасті конструкції, що укладаються у фундамент будинків та
споруд під час будівництва (фундаментні заземлювачі).
Заземлювач може вважатись таким, що відповідає вимогам захисного
заземлення, тільки в разі неможливості повного або часткового його демонтажу
(навіть тимчасового) без відома персоналу, який експлуатує електроустановку.
Залізобетонна конструкція, наприклад, фундамент будинку або споруди,
може розглядатися як провідна частина, що придатна до виконання функцій
заземлювача захисного заземлення, якщо виконуються такі умови:
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 69
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

- принаймні близько 50% вертикальних і горизонтальних стержнів сталевої
арматури з'єднані між собою зваркою або надійно зв'язані дротом;
- вертикальні стержні сталевої арматури з'єднані між собою зваркою або
надійно зв'язані дротом;
- забезпечена електрична безперервність з'єднань сталевої арматури
кожного блоку збірного залізобетону з арматурою суміжних блоків;
- сталева арматура залізобетону не є попередньо напруженою.
У разі використання залізобетонного фундаменту будинку або споруди як
природного заземлювача рекомендується шляхом зварювання з'єднувати в єдину
систему сталеву арматуру фундаменту і елементи суміжних будівельних
конструкцій будинку (споруди), такі як сталеву арматуру залізобетонних колон та
металеві колони.
Не можуть розглядатися як заземлювачі такі провідні частини[25-28]:
- труби опалення, гарячого і холодного водопостачання, каналізації;
- алюмінієві оболонки і броня кабелів.
Не допускається використовувати як заземлювачі труби горючих рідин і
горючих або вибухонебезпечних газів та сумішей.
Матеріал і розміри заземлювачів повинні забезпечувати стійкість
заземлювачів до корозії і їх механічну міцність.
Кількість заземлювачів, їх розміщення і габаритні показники повинні
забезпечувати виконання вимог до опору заземлювального пристрою.
Як штучні слід використовувати, як правило, заземлювачі із сталі (чорної,
з цинковим чи мідним покриттям, нержавіючої) або міді.
Розміри штучних заземлювачів повинні бути не меншими наведених у
таблиці 7.1.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 70
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Таблиця 7.1 - Мінімальні розміри штучних заземлювачів
Мінімальні розміри
Матеріал Характеристика
Товщина
заземлю- покриття поверхні Тип заземлювача Діаметр, Переріз, Товщи-
покриття,
вача заземлювача мм мм2 на, мм
мкм
Круглий для глибокого
16 - - -
занурення
Круглий для занурення
Сталь 10 - - -
Без покриття поблизу від поверхні землі
чорна
Прямокутна штаба - 100 4 -
Профіль - 100 4 -
Труба 32 - 3,5 -
Круглий для глибокого
16 - - 70
занурення
Гарячеоцинковане
Сталь з Круглий для занурення
покриття та 10 - - 50
покриттям поблизу від поверхні землі
нержавіюча сталь
і нержа- Прямокутна штаба - 90 3 70
без покриття
віюча Профіль - 90 3 70
сталь Труба 25 - 2 55
Електролізне Круглий для глибокого
14 - - 250
мідне покриття занурення
Круглий дріт для занурення
- 25 - -
поблизу від поверхні землі
Мідь Без покриття Прямокутна штаба - 50 2 -
Багатодрітний канат 1,8 25 - -
Труба 20 - 2 -

Штучні заземлювачі слід застосовувати:
- у разі відсутності придатних для цілей заземлення природних
заземлювачів;
- як додаток до придатних для цілей заземлення природних
заземлювачів, якщо останні не можуть забезпечити виконання вимоги до опору
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 71
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

заземлювального пристрою, або для зниження до прийнятної величини густини
струму, що протікає через них (наприклад, через арматуру залізобетонного
фундаменту).
У разі застосування штучних заземлювачів у місцях із великим питомим
опором землі для забезпечення ефективності заземлювального пристрою можуть
вживатися такі заходи[25-28]:
- занурення у землю вертикальних заземлювачів підвищеної довжини,
якщо значення питомого опору нижніх шарів землі менше, ніж верхніх;
- улаштування виносних заземлювачів, якщо поблизу електроустановки є
місця із меншим питомим опором землі;
- укладання у траншеї навколо горизонтальних заземлювачів, які
розміщені у скельових структурах, вологого глинистого ґрунту з наступним
трамбуванням і засипанням щебеню доверху траншеї;
- застосування штучної обробки ґрунту з метою зниження його опору.
Траншеї для горизонтальних заземлювачів повинні заповнюватися
однорідним ґрунтом, який не містить щебеню і будівельного сміття.
По розташуванню заземлювачів відносно заземлених корпусів заземлення
поділяють на виносне та контурне.
Виносне заземлення. Заземлювачі розташовують на деякому віддаленні
від заземлює мого обладнання. Тому заземлені корпуса знаходяться зовні поля
розтікання струму на землі, і людина, яка доторкається до корпуса, попадає під
повну напругу відносно землі. Виносне заземлення захищає тільки за рахунок
малого опору заземлювача.
Контурне заземлення. Заземлювачі розташовують по контуру навколо
заземленого обладнання на невеликої відстані один від одного. Поля розтікання
заземлювачів накладаються, і будь-яка точка поверхні ґрунту всередині контуру
має значний потенціал. Внаслідок цього різниця потенціалів між точками, що
знаходяться всередині контуру, знижується.
Опір захисного заземлення в електроустановках напругою до 1000 В і
потужністю понад 100 кВА не повинен перевищувати 4 Ом. Ця норма обумовлена
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 72
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

величиною напруги, яка виникає між корпусом заземленого устаткування та
землею у випадку пробою ізоляції, при якій струм, що проходить через людину,
якщо вона доторкається до устаткування, є безпечним. Такою напругою
замикання Uз прийнято вважати напругу до 42 В.
Відповідно до ДНАОП 0.00-1.32-01 Правила будови електроустановок
захисне заземлення належить виконувати: при напрузі змінного струму 380 В і
вище та 440 В і вище для постійного струму — у всіх електроустановках; при
номінальних напругах змінного струму вище 42 В та постійного струму вище 110
В - лише в електроустановках, що знаходяться в приміщеннях з підвищеною
небезпекою, особливо небезпечних, а також у зовнішніх електроустановках; при
будь-якій напрузі змінного та постійного струму - у вибухонебезпечних
установках[25-28].
Проведемо розрахунок системи захисного заземлення. Для визначення
напруги дотику або кроку скористаємося наступними формулами[25-28]:

Uкр.гр = Uдот.гр. = Іл.гр.⋅Rл = 0,075 · 1000 = 75 В (7.1)

1 де Uдот.гр. – гранична напруга дотику, В;
Uкр.гр. – гранична напруга кроку, В;
Іл.гр. = 0,075 А – граничний струм, який протікає через людину
при тривалості дії 0,3 сек;
Rл = 1000 Ом – опір людини, Ом.
Як розрахунковий опір заземлювача в однорідному ґрунті Rз (по методу
коефіцієнта використовування електродів) по напрузі дотику і кроку вибирають
менше значення, одержане при розрахунку по формулах:

Rз1 = Uдот.гр. / (Iз ⋅ α1 ⋅ α2) = 75 / (120 ⋅ 1 ⋅0,87) = 0,72 Ом ; (7.2)

Rз1 = Uкр.гр. / (Iз ⋅ β1 ⋅ β2) = 75 / (120 ⋅ 0,6 ⋅ 0,625) = 1,67 Ом
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 73
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

1.1 де Iз = 120 А – розрахунковий струм замикання на землю;
α1, α2 – коефіцієнти напруги дотику;
β1, β2 - коефіцієнти напруги кроку.

Рисунок 7.1 – Конструктивне виконання системи захисного заземлення

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 74
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

2 Значення α1, β1 вибираються виходячи з типу заземлювача. Задаємося
як тип заземлювача – груповий вертикальний. Стрижньові електроди,
розташовані в ряд і сполучені смугою. Тоді α1=1, β1=0,6.
Коефіцієнти α2, β2 визначаються з рівнянь[25-28]:

α2 = Rл / (Rл + 1,5 ⋅ ρр) = 1000/(1000 + 1,5 · 100) = 0,87 (7.3)

β2 = Rл / (Rл + 6 ⋅ ρр) = 1000 / (1000 + 6 · 100) = 0,625

де ρр = 100 Ом·м – розрахунковий питомий опір підстави (суглинок), на
якій стоїть людина.
З розрахованих двох значень Rз вибираємо якнайменше - Rз = 0,72 Ом.
Оскільки електроустановки мають ізольовану нейтраль, то доцільно
встановити виносні заземлювачі. Виносні заземлювачі складаються з
вертикальних електродів, сполучені горизонтальними електродами. Оскільки
будівля окремо стоячі то вони будуть розташовані на відстані близько 1 м від
стіни будівлі. В результаті укладається горизонтальний електрод з вертикальними
електродами. Корпуси заземлюємого устаткування приєднуватимуться до
магістралей заземлення, прокладеної усередині будівлі, і приєднаної до
заземлювача за допомогою заземлюючих пристроїв не менше ніж в двох місцях.
Для розрахунку заземлювача скористаємося методом коефіцієнта
використовування електродів.
Визначаємо розрахунковий питомий опір землі, в якому будуть розміщені
електроди заземлювача з урахуванням кліматичного коефіцієнта[25-28]:

ρ = ρр. · ψ = 100 · 1,5 = 150 Ом · м (7.4)

де ψ = 1,5 – розрахунковий кліматичний коефіцієнт землі.
З врахуванням опору природних заземлювачів Rпр=15Ом, розрахунковий
опір штучного заземлювача Rз буде дорівнювати:
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 75
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Ом (7.5)

Як тип вертикального електроду вибираємо стрижневий електрод круглого
перетину в землі.
Визначаємо опір розтіканню струму одного заземлювача по формулі:

(7.6)

де d = 0,016 м – діаметр електроду;
l = 4 м – довжина електроду в землі;
t = t0 + l/2 = 0,6 + 4/2 = 2,6 м
Визначимо необхідну кількість вертикальних електродів по формулі:

n = Rв / (Rз.· ηв.) = 39,5 / (0,76 · 0,72) = 72,18 шт; (7.7)

де ηв = 0,72 – коефіцієнт використовування вертикальних електродів.
Приймаємо найближче найбільше ціле значення n = 73 шт.
Довжина горизонтального електроду, який використовується для зв'язку
вертикальних електродів по контуру – L, м; визначимо по формулі:

L = 1,05 · a · (n - 1) = 1,05 · 3 · (73 - 1) = 226,8 м (7.8)

де а = 3 м – відстань між вертикальними електродами;
n = 73 шт – кількість вертикальних електродів.
Опір розтікання струму горизонтального електроду – Rг. визначаємо по
формулі:
Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 76
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

, (7.9)

Еквівалентний опір протіканню струму штучного заземлювача
визначається по формулі:

, (7.10)

де ηг = 0,8 - коефіцієнт використання горизонтального електроду.
Нерівність Rшт < Rз повністю виконується - 0,58 Ом < 0,76 Ом.
Розрахунок проведено правильно. Система захисного заземлення надійно
захистить працюючих в лабораторії від ураження електричним струмом.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 77
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

Висновок

В кваліфікаційній роботі бакалавра було проведено вдосконалення
керуючої системи верстатів з ЧПУ.
В кваліфікаційній роботі бакалавра була розроблена структурна схема, яка
включає в себе всі необхідні блоки для нормальної та стабільної роботи системи.
Проведений вибір та розрахунок елементної бази системи. Розроблена та
побудована принципова схема на цих елементах. Спроектована друкована плата,
на якій були розташовані елементи системи керування. Проведений розрахунок
точності та надійності.
Визначено вартість розробленої та проаналізовано небезпеки та шкідливі
фактори, які виникають на робочому місці оператора системи та розглянутий
комплекс дій у надзвичайних ситуаціях.
Розроблена в кваліфікаційній роботі бакалавра повністю відповідає усім
умовам технічного завдання.

Арк
СКРС-83ск.022.413.001 ПЗ 78
Зм. Аркуш № докум. Підпис Дата

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets